Примітка - Тут і на далі по тексту вказаний надмірний тиск 8 кг/см². В даному випадку синтез азотної кислоти здійснюється в апараті при постійному тиску 0, 716 МПа методом прямого синтезу. Для процесу необхідно дотримуватися наступних вимог: температура процесу - 880-920 ⁰С, температура підігрівання АПС - 150-250 ⁰С, напруженість каталізатора - 0, 1-0, 15 кг/ (м²с), лінійна швидкість АПС в робочих умовах, 0, 6-1, 0 м/с, вміст аміаку в АПС - 11, 0-11, 7 % (об. )

Метод виробництва - каталітичне окислення аміаку киснем повітря з подальшою абсорбцією оксидів азоту водою під тиском 0, 716 МПа (7, 16 кгс/см²), каталітичним очищенням хвостових газів від оксидів азоту і рекуперацією енергії очищених хвостових газів.

Потужність виробництва азотної кислоти за схемою, працюючою під тиском 0, 716 МПа, визначається числом агрегатів. Потужність одного агрегату складає 120 тис. т/рік (100% - й HNO₃). Число агрегатів в схемі визначається потребою в азотній кислоті цехів переробки.

У кожному агрегаті здійснюються наступні стадії виробництва:

1. Підготовка аміачно-повітряної суміші (очищення і стискування повітря, випар рідкого аміаку, очищення газоподібного аміаку і аміачно-повітряної суміші);

2. Конверсія аміаку;

3. Утилізація тепла, утворення оксидів азоту;

4. Охолодження нітрозних газів, отримання азотної кислоти;

5. Підігрівання газів, що відходять, очищення їх від оксидів азоту і рекуперація енергії газу в газовій турбіні і котлі-утилізаторі.

Крім того, схема включає вузли приготування поживної води для живлення котлів-утилізаторів; охолодження конденсату або знесоленою води для зрошування колон абсорбції; редукування пари до необхідних параметрів; зберігання виробленої азотної кислоти і видачі її споживачам.

Схема виробництво неконцентрованої азотної кислоти під тиском 0, 73 МПа (7, 3 кгс/см²) наведена, відповідно до рисунку 2. 2. 1

Атмосферне повітря, пройшовши двоступінчате очищення від механічних домішок на фільтрах з лавсанового волокна і тканини Петрянова в апараті очищення повітря стискається в осьовому компресорі газотурбінного агрегату (ГТТ-ЗМ) 2 до тиску 0, 343 МПа і після охолодження водою в повітрі охолоджувачі 3 стискається у відцентровому нагнітачі до 0, 716 МПа.

Стисле повітря нагрівається нітрозними газами в підігрівачі, поєднане з окислювачем 5 до 180-230 ⁰С, а потім поступає в змішувач з фільтром 7. До вступу в змішувач рідкий аміак випаровується за рахунок тепла водяної пари тиском 0, 6-1, 6 МПа у випарнику 19, із якого частина аміаку, що містить мастильні олії, каталізаторний пил, окалину постійно відводять в загально цехову збірку. Температура випарюваного аміаку 30 °С. Отриманий аміак проходить фільтр 18, послідовно фільтрується, через однонапрямлене скловолокно в оболонці із склотканини і картон. Потім аміак в підігрівачі 17 нагрівають до 100-120 ⁰С парою під тиском 0, 6 МПа. У нових модифікаціях агрегату волокно і картон в фільтрах замінені елементами з фторопласту

Тут утворюється аміачно-повітряна суміш, яка піддається додатковому очищенню. В якості матеріалу, що фільтрується використовується ультротонке скловолокно в оболонці із склотканини. Очищена аміачно-повітряна суміш поступає в контактний апарат 9 в якому відбувається стадія окислення аміаку.

Контактний апарат є вертикальною циліндричною посудиною. У середині верхнього зовнішнього корпусу встановлений конус, що переходить в циліндр. У внутрішньому корпусі встановлюються каталізаторні сітки із сплавів металів платинової групи. У міжкорпусний простір подається аміачно-повітряна суміш, яка через отвори газорозподільних решіток у верхній частині внутрішнього корпусу поступає на каталізаторні сітки для окислення.

Процес окислення аміаку протікає при температурі 880-910 ⁰С по реакції:

Основна: 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O + 905, 8 кДж

Побічні: 4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O + 1266, 96 кДж

4NH₃ + 4O₂ = 2N₂O + 6H₂O + 1105 кДж

Вихід оксиду азоту від окисленого аміаку (міра конверсії) повинен складати не менше 93, 5%.

Для захисту сіток контактного апарату 9 від сплаву передбачено захисне блокування, яке відключає технологічну частину агрегату УКЛ при температурі на каталізаторних сітках, - 950 ⁰С.



Рисунок 2.2.1 - Схема виробництва слабої азотної кислоти під тиском 0, 716 МПа

Контактний апарат 9 встановлений безпосередньо на котлі-утилізаторі 10. У нижній частині контактного апарату вбудований пароперегрівач котла-утилізатора.

Що утворюються при окисленні аміаку в контактному апараті нітрозні гази проходять пароперегрівач і поступають в котел-утилізатор 10.

На агрегаті УКЛ № 1 встановлений котел-утилізатор 10 КУН 24/16, на агрегаті УКЛ № 2 - котел-утилізатор 20 Г-420 БПЭ.

До газотрубного барабана котла-утилізатора кріпиться вихідна і поворотна камери. Усередині вихідної камери знаходиться вхідна камера, закріплена до днища барабана і вихідного штуцера за допомогою компенсатора.

На котлі-утилізаторі КУН 24/16 і Г-420 БПЭ між вхідною і вихідною камерами є байпас з регулюючим пристроєм для регулювання температури нітрозних газів після котла-утилізатора.

Нітрозні гази після пароперегрівача контактного апарата поступають у вхідну камеру котла-утилізатора 10, а потім по трубному простору центральних трубок - в поворотну камеру, а звідти по трубному простору периферійних трубок - у вихідну камеру котла-утилізатора 20.

Поворотна і вихідна камери, опори котла - утилізатора оснащені зовнішніми паровими змійовиками, що обігріваються парою тиском не більше 1, 6 МПа(16 кгс/см²). Обігрів камер передбачений для рівномірного прогрівання стінок камер, рівномірного лінійного розширення корпусу камер котла, а також для уникнення конденсації оксидів азоту при пусках і зупинках технологічної частини агрегату УКЛ.

У котлі-утилізаторі за рахунок тепла нітрозних газів і охолодження їх до температури 260-380 ⁰С відбувається випар поживної води. Пара, що утворилася, проходить пароперегрівач контактного апарату, і з тиском не більше

1, 6 МПа (16 кгс/см²) і температурою 230-275 ⁰С спрямовується в цеховий колектор. Котел-утилізатор 20 Г-420 БПЭ забезпечений виносним парозбірником, де пара відділяється від крапель вологи на пристрої сепарації. Рівень води в міжтрубному просторі котла-утилізатора підтримується регулятором рівня LC - 132 поданням поживної води в котел-утилізатор.

Для підтримки нормального водного режиму котлів-утилізаторів передбачені безперервні і періодичні продування.

Вода безперервних продувань котлів-утилізаторів спрямовується в сепаратор безперервних продувань 12, де за рахунок скипання води продувань виходить пара тиском не більше 0, 02 МПа (0, 2 кгс/см²), який використовується у баку деаератора, а сепарована вода - для підігрівання хімічно очищеної води в теплообміннику.

Вода періодичних продувань котлів-утилізаторів спільно з сепарованою водою безперервних продувань після теплообмінника або сепаратора безперервних продувань спрямовується в розширювач періодичних продувань, в якому відбувається її розбавлення фільтрованою водою до температура не більше

40 ⁰С, після чого вода скидається в промислову каналізацію.

Для захисту котла-утилізатора 10 від розриву передбачено блокування, яке відключає технологічну частину агрегату при зниженні рівня води в котлах-утилізаторах КУН 24/16 і Г-420 БПЭ до мінус 60 мм за шкалою приладу паро - зйомника з 24т/ч.

Нітрозні гази після котла-утилізатора 10 з температурою 260-380 ⁰С поступають в окиснювач 5, що є порожнистою посудиною, в об'ємі якого триває реакція окислення оксиду азоту в діоксид азоту :

2NO + O₂ = 2NO₂ - 125 кДж

У верхній частині окиснювача 5 встановлений фільтр для уловлювання платини. Нітрозні гази після окиснювача 5, проходять послідовно підігрівач повітря 10 і підігрівач хвостових газів 13 . За рахунок нагріву повітря і хвостових газів до температури 220-300 ⁰С нітрозні гази охолоджуються до температури 220-260 ⁰С і поступають в холодильник-конденсатор 8, де охолоджуються хвостовими газами до температури не більше 170 ⁰С і далі поступають в холодильник-конденсатор 8а. У холодильнику-конденсаторі 8а рух хвостових і нітрозних газів організовано протитечією. Холодильник-конденсатор 8а є титановим теплообмінником вертикального типу, що служить для підігрівання хвостових газів після колони абсорбції за рахунок використання тепла охолоджених нітрозних газів, тепла конденсації і теплоутворення. Що утворюється з нітрозних газів в міжтрубному просторі холодильника-конденсатора 8 кислий конденсат поступає на 12-у тарілку колони абсорбції 11.

У холодильниках-конденсаторах відбувається їх подальше охолодження оборотною водою до температури не більше 65 ⁰С з конденсацією водяної пари, окисленням оксиду азоту в діоксид азоту і утворенням азотної кислоти з масовою долею азотної кислоти не менше 40%.

Подання оборотної води здійснюється протитечією нітрозному газу в холодильниках-конденсаторах 8 і 8а. Після холодильників-конденсаторів 8 і 8а нітрозні гази поступають під першу тарілку колони абсорбції 8.

Азотна кислота після холодильників-конденсаторів 8 і 8а поступає на одну з 5-ти (5, 6, 8, 10, 12) тарілок колони абсорбції 8, тобто на тарілку з відповідною масовою долею азотної кислоти.

Для до окиснення оксиду азоту NO в діоксид азоту NO₂ в колектор нітрозних газів після підігрівача хвостових газів 6, 13 подається додаткове повітря.

Таким чином, нітрозні гази послідовно проходять пароперегрівач, розміщений - в нижній частині контактного апарату, котел-утилізатор 10, окислювач з вбудованим підігрівачем повітря 5, підігрівач газів, 6 і холодильники-конденсатори 8 і 8а , де охолоджуються і окислюються при 45-50 поступають в нижню частину абсорбції колони, де є 47 сітчаних тарілок. Азотна кислота, що утворюється в холодильниках-конденсаторах, поступає в абсорбційну колону.

Зрошування тарілок колони абсорбції здійснюється охолодженим до

35 ⁰С конденсатом або знесоленою водою. Теплоутворення азотної кислоти відводиться оборотною водою. яка циркулює в змійовиках, розташованих на тарілках колони.

Вироблена азотна кислота з колони абсорбції поступає в колону для насичення оксидів азоту повітрям. Насичення оксидів азоту повітрям здійснюється при 50-60 ⁰С під тиском, що відповідає тиску в системі абсорбції.

Суміш повітря з оксидами азоту після обдування поступає в абсорбційну колону.

Гази, що сходять з колони абсорбції, містять 0, 08-0, 12% (об. ) оксидів азоту. Вони проходять сепаратор 12, підігрівачі 13 і 6 і поступають в камеру згорання 15, де підігріваються до 380-500 ⁰С шляхом змішування з гарячими димовими газами, отриманими при спалюванні природного газу. Там же вони змішуються з природним газом в кількості, необхідним для відновлення оксидів азоту. З камери згорання утворена газова суміш поступає в реактор каталітичного очищення від оксидів азоту 16. Відновлення оксидів азоту відбувається на двоступінчатому каталізаторі АПК-2 і AI₂O₃. В результаті протікання реакцій температура газу підвищується і на виході з реактора складає 705-710 ⁰С. Після реактора очищені хвостові гази змішуються з повітрям, паливними газами камери згорання 4 газотурбінного агрегату і при температурі 700 ⁰С поступають в газову турбіну. Газова турбіна разом з електродвигуном виконує функцію приводу компресорної групи ГТУ, в якій відбувається стискування повітря до 0, 716 МПа.

Зміст оксидів азоту в газах, що відходять, після каталітичної очистки не більше 0, 005% (об. ).

Після газової турбіни очищені гази при 400 ⁰С і тиску 0, 106 МПа проходять до котлу-утилізатор 20, підігрівачі живлячої води 21 і 22 і викидаються в атмосферу через вихлопну трубу 23.

Агрегати, працюючі під тиском 0, 716 МПа, оснащені приладами автоматизації, що дозволяють управляти процесом з центрального пункту управління. Ці агрегати характеризуються високою мірою використання енергії процесів, великою мобільністю при пуску, зупинках і зміненні навантажень, великою одиничною потужністю і ефективним очищенням прореагувавши газів від оксидів азоту.

Устаткування агрегатів, окрім газотурбінної установки, розміщується поза будівлею.

Нижче приведені основні показники технологічного режиму :

Вміст аміаку в аміачно-повітряній суміші, % (об. ) 9, 7-10, 7

Тиск повітря на виході, МПа:

з компресора 0, 343

з нагнітача 0, 716

Температура повітря на виході, ⁰С:

з компресора До 170

із нагнітача До 143

з повітроохолоджувача 42

із підігрівача 180-230

Температура, ⁰С :

аміачно-повітряної суміші 180-230

контактування 890-910

Температура нітрозних газів, ⁰С:

на виході з котла-утилізатора 250-275

на вході в колону абсорбції 50-60

на виході з колони абсорбції До 40

Тиск, МПа:

пара із котлів-утилізаторів 1, 4-1, 55

газів на вході в газову турбіну 0, 53-0, 56

Концентрація виробляємої кислоти, % (мас. ) 58-60

Витратні коефіцієнти на 1 т азотної кислоти:

Аміак (100%), кг 293

Платиноїдний каталізатор, г :

безповоротні втрати 0, 155

на двоступінчатому каталізаторі 0, 110

Платино - родієвий каталізатор в перерахунку

на металевий паладій (безповоротні втрати), г 0, 04

Вода, м³ :

оборотна 159

хімічно очищена 2, 14

Природний газ, м³ 125-135



2.3 Характеристика сировини та готового продукту

Характеристика сировини:

Основною сировиною для виробництва неконцентрованої азотної кислоти нині є аміак, повітря і вода. Допоміжними матеріальними і енергетичними ресурсами є каталізатори окислення аміаку і очищення вихлопних газів, природний газ, пара і електроенергія , які більш детально представлені нижче в табл. 2. 3. 1

Аміак. У звичайних умовах є безбарвним газом з різким запахом, добре розчинимо у воді і інших розчинниках, утворює гемо - і моногідрати. Поворотним етапом в розвитку виробництва синтетичного аміаку стало застосування того, що очолює зараз в промисловості методу отримання водню конверсією метану, що міститься в природному газі, в попутних нафтових газах і продуктах нафтопереробки.

Зміст домішок в рідкому аміаку регламентується ГОСТ 6221-82. Найбільш типовими домішками є вода, мастильні олії, каталізаторний пил, окалина, карбонат амонію, розчинені гази (водень, азот, метан). При порушенні ГОСТ домішки, що містяться в аміаку, можуть потрапити в аміачно-повітряну суміш і понизити вихід оксиду азоту (II), а водень і метан можуть змінити межі вибуху АПС.

Повітря. Для технічних розрахунків приймають, сухе повітря, яке містить [%, о]: N₂ - 78, 1, О₂ - 21, 0, Ar₂ - 0, 9; Н₂О - 0, 1-2, 8.

В повітрі можуть бути присутніми також сліди SO₂, NH₃, CO₂. У районі промислових майданчиків повітря забруднене пилом різного походження, а також різноманітними компонентами неорганізованих газових викидів (SO₂, SO₃, H₂S, С₂H₂, Cl₂ та ін. ). Кількість пилу в повітрі складає 0, 5-1, 0 мг/м³.

Вода. Використовується у виробництві азотної кислоти для зрошування колони абсорбції, для вироблення пари при утилізації тепла в котлах-утилізаторах, для охолодження реакційних апаратів. Для абсорбції оксидів азоту використовують найчастіше паровий конденсат і хімічно очищену воду. У деяких схемах дозволено застосовувати конденсат сокової пари аміачної селітри. У будь-якому випадку вода, використовувана для зрошування колон, не повинна містити вільного аміаку і твердих суспензій, зміст хлорид - іона мають бути не більше 2 мг/л, олії не більше за 1мг/л, NH4NO3- не більше 0, 5 г/л. Хімічно очищена вода для котлів-утилізаторів повинна відповідати вимогам ГОСТ 20995-75.

Технічна вода, призначена для відведення тепла в теплообмінниках і охолодження устаткування(оборотна вода), повинна відповідати наступним вимогам:

Жорсткість карбонатна, мэкв/кг не більше 3, 6, вміст зважених речовин, мг/кг не більше 50 Значення pH 6, 5-8, 5.

Кисень. Застосовується переважно у виробництві концентрованої азотної кислоти по методу прямого синтезу. В окремих випадках використовується для збагачення АПС при отриманні неконцентрованої азотної кислоти.

Оксид азоту NO - газ за нормальних умов, має парамагнітні властивості. Утворюється при каталітичному окисленні аміаку і є проміжним з'єднанням в технології азотної кислоти.

Оксид азоту NO₂ існує у вигляді коричнево-червоного з'єднання і N₂O₄. При взаємодії з водою оксид азоту (IV) утворює азотну і азотисту кислоти, з лугами - суміш нітратів і нітриту. Він добре поглинається сірчаною кислотою з утворенням нітрозилсірчаної кислоти, має високу розчинність в концентрованій азотній кислоті.

Обидва оксиди викликають загальну слабкість, запаморочення, оніміння ніг, при сильному отруєнні - нудоту, уповільнену дію, можливий смертельний результат.

Азотна кислота НNO₃- кислота азотна неконцентрована, рідина жовтуватого кольору з характерним запахом. Питома вага виробляємої 58%-ї HNO₃при 20 ⁰С - 1, 356 г/см³. Азотна кислота, потрапляючи на шкірний покрив або слизові оболонки, викликає опіки. Тваринні і рослинні тканини під дією азотної кислоти руйнуються.

Пари азотної кислоти, аналогічно оксидам азоту, викликають роздратування дихальних шляхів, задишку, руйнування зубів, при попаданні в очі викликає важкі опіки аж до омертвляння рогівки ока. Пари азотної кислоти отруйні навіть при малих концентраціях, при великих концентраціях викликають задуху.

Гранично - допустима масова концентрація парі азотної кислоти (ГДК) в робочій зоні виробничих приміщень - 2 мг/м³.

Відносна молекулярна маса НNO₃ (по міжнародних відносних атомних масах 1985г) - 63, 0128.

Вироблювана кислота азотна неконцентрована повинна відповідати вимогам, наведеними в таблиці 2. 3. 1

Таблиця 2. 3. 1

Основні вимоги для слабої азотної кислоти

№	Найменування показника	Норма
1.	Зовнішній вигляд	Безбарвна або жовта рідина без механічних домішок.
2.	Масова доля азотної кислоти, %, не менше	58
3.	Масова доля оксидів азоту(у перерахунку на N2O4), %, не більше	0, 15
4	Масова доля залишку після проколювання, %, не більше	0, 02

Азотна кислота - одна з найсильніших кислот. З масовою долею азотної кислоти 30-35% вона найбільш активна по відношенню до металів. Азотна кислота має яскраво виражену окислювальну властивість. Окислюючи інші речовини, азотна кислота віддає свій кисень, а сама при цьому розпадається з виділенням оксидів азоту.

Азотна кислота необмежено розчиняється у воді, при розчиненні виділяється тепло, гігроскопічна. Пари її в 2, 2 разу важче за повітря. Пари азотної кислоти токсичні.

Сфера застосування:

Азотна кислота є одним з найважливіших продуктів хімічної промисловості і застосовується для отримання азотних добрив, барвників, вибухових речовин і інших цілей народного господарства.

Азотна кислота служити сировиною для виробництва основних азотних добрив :

NH₄ NO₃ - аміачної селітри

NaNO₃ - натрієвої селітри

КNO₃ - калієвої селітри

Ca (NO₃) ₂ - кальцієвої селітри і цілого ряду інших нітратних солей.

Азотну кислоту застосовують також у виробництві лікарських речовин, хімікатів, для фотографії і ряду інших продуктів органічного синтезу.

Більш детальна характеристика початкової сировини, матеріалів, напівфабрикатів наведена в таблиці 2.3.2

Таблиця 2. 3. 2

Характеристика початкової сировини, матеріалів і напівпродуктів

№№ з/п	Найменування сировини, матеріалів і напівпродуктів	Міждержавний державний або галузевий стандарт технічні умови регламент або методика	Показники, обов'язкові для перевірки (найменування і одиниця виміру)	Показники, які регламентуються з допустимими відхиленнями
1.	2.	3.	4.	5.
Сировина
1.	Аміак рідкий технічний	ГОСТ 6221-90 марка А	Масова доля аміаку, %, не менше Масова доля вологи, % Масова концентрація олії, мг/дм3 Масова концентрація заліза, мг/дм3	99, 9 Не більше 0, 1 Не більше 2 Не більше 1
2.	Повітря атмосферне		Масова доля пилу, мг/м3	Не більше 0, 007
Допоміжні матеріали
1.	Каталізатор алюміно- ванадієвим АВК-10М або його аналоги	ТУ 113-03-3004-91	Активність, міра відновлення оксидів азоту аміаком, %, не менше Масова доля оксидів ванадію в перерахунку на V2 О5, % Масова доля оксидів марганцю в перерахунку на МnО2, %	Не менше 96, 5 13, 5 ± 1, 5 0, 7 - 1, 0 500 - 650
			Насипна питома вага, г/дм3 Масова доля дрібниці розміром,	Не більше 0, 7 не більше 3, 0 мм
2.	Сітки каталізаторні з металів платинової групи		Приймаються по паспорту заводу - виробника
3.	Олія турбінна марки Т-22,	ГОСТ 32-82 з змін. 1-4	Приймаються по паспорту заводу - виробника
4.	Олія компресорна марки КП-8с	ТУ 38. 101543	Питома вага при 200С, г/дм3 в'язкість кінематична при 1000С, вміст водорозчинних кислот і лугів вміст механічних домішок Вміст води Температура спалаху у відкритому тиглі, 0С	Не більше 0, 885 6, 5 - 9, 0 Відсутність Відсутність Відсутність Не нижче 200
5.	Волокно марки БВ 6/В	ГОСТ 10727-91	Приймаються по паспорту заводу-виробника
6.	Склотканина марки СТФ(5)	ГОСТ 10146-74 з змін. 1-3	Приймаються по паспорту заводу-виробника (перед застосуванням прожарити)
7.	Елемент, що фільтрує, з лавсанового волокна Ф-1, 8	ОСТ 95-4-80	Приймаються по паспорту заводу-виробника
8.	Елемент, що	ОСТ 95-4-80	Приймаються по
	фільтрує, з тканиною Петрянова Ф-33		паспорту заводу-виробника
9.	Природний газ	ГОСТ 5542-87
10.	Азот газоподібний технічний	СТП-113-03-26-43-91	Об'ємна доля кисню, % Об'ємна доля пальних, % Масова концентрація олії, мг/м3	Не більше 3 Відсутність Відсутність
11	Вода обезсоляна	СТП 3-61-2003	Масова концентрація хлорид-іонів, мг/дм3 Каламутність рН середовища	Не більше 0, 3 Відсутність 5, 5-7, 5
12.	Вода хімічно очищена	Регламент цеху ХПВ	Масова концентрація, мг/дм3 : - солей (вміст) в перерахунку на хлорид натрію - речовини, що екстрагується ефіром рН Молярна концентрація еквівалентів жорсткості, мкмоль/дм3	Не більше 150 Не більше 1, 0 8, 5-10, 5 Не більше 15
13.	Конденсат паровий	СТП 6-52-96	Молярна концентрація еквівалентів жорсткості, мкмоль/дм3	Не більше 15
14.	Повітря для КВПіА	СТП 3-161-2002	Вміст олії і води Температура точки роси, 0С	Не допус- кається Не вище мінус 40
Енергетичні ресурси
1.	Вода оборотна ВОЦ-9 -у відділення абсорбції -у відділення компресії	Регламент цеху оборотного водопостачання	Тиск, МПа (кгс/см2) Температура, оС Тиск, МПа (кгс/см2) Температура, оС	Не менше 0, 5(5) Не більше 28 Не більше 0, 3(3) Не більше 28
2.	Електроенергія	Регламент цеху електропостачання	1. Змінний струм: - частота, Гц - напруга, В 2. Постійний струм: - напруга, В	50 6000, 380, 220 220



2.4 Початкові данні к проведенню розрахунку

Для проведення технологічних розрахунків контактного апарату, на стадії окиснення аміаку, для виробництво неконцентрованої азотної кислоти визначаємо початкові дані, взяті за базу порівняння діюче виробництва слабої азотної кислоти ЗАТ «Сєвєродонецьке об'єднання АЗОТ» :

- продуктивність цеху, т/рік 252 000

- продуктивність одного агрегату 126 000

- годинна продуктивність одного агрегат, т/ч 15. 5786

- добова продуктивність одного агрегату, т/діб. 373, 8872

- число робочих днів в році, кіл. днів 337

(включаючи капітальний та поточний ремонт)

- робочій тиск в апараті, МПа 0, 8

(вказано надмірний тиск )

- міра конверсії аміаку в оксид азоту, % 97

- міра абсорбції, % 92

- концентрація аміаку в аміачно-повітряної суміші, % 11, 5

- концентрація виробляємої кислоти, мас. % 58, 0

- температура аміачно-повітряної суміші, ⁰С 250

- температура окислення аміаку, ⁰С 900

- температура насичених парів води, ⁰С 30

- теплові втрати в зовнішню середу від приходу тепла, % 4

- склад газів на вході в контактний апарат, % :

кисень 21

азот 79



2.5 Матеріальний баланс

Скористаємося початковими даними в пункті 2. 4 для складання матеріального балансу.

Годинна продуктивність одного агрегату складе HNO₃:

126 000 • 1000 / 337•24 = 15 578, 6кг/год

Розрахунок ведеться на 15 578. 6 кг азотної кислоти виробляємої за 1 годину на одному агрегаті УКЛ

По реакції

HN₃ + 2O₂ = HNO₃ + H₂O

Витікає, що з 1 кмолю HN₃ утворюється з 1 кмоль НNО₃ . Це дозволяє вичислити масу аміаку, необхідну для виробництва 15 578, 6кг/год HNO₃ по формулі

Де = 17 і = 63 - молекулярні маси для аміаку і азотної кислоти.

m - маса HNO₃ , кг

, - міра (степінь) абсорбції та міра конверсії, %



Об'єм (при н. у. ) цієї маси аміаку

де 22, 4 - молярний об'єм газу

Обчислюємо об'єм повітря, необхідний для виробництва 6 206, 9кг/год HNO₃

де - концентрація аміаку в аміачно-повітряної суміші;

Об'єми тих, що поступають з повітрям, м³ /ч :

Водяної пари

де =31. 82 мм рт. ст. - тиск насиченої водяної пари при 30 ⁰С;

760 мм. рт. ст. - атмосферний тиск.



Сухого повітря

Приймаючи відсотковий вміст кисню і азоту в повітрі рівним 21% і 79%, вичислимо ті, що поступають з повітрям контактний апарат об'єми цих газів :

Знаходимо об'єми тих, що утворюються по реакції

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O + 905, 8 кДж (2. 5. 8)

Утворюється:

окисли азоту

пари води



Витрачається:

витрачається при протіканні цієї реакції кисню

Визначаємо об'єми тих, що утворюються по реакції, м³ /ч :

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O + 1266, 96 кДж (2. 5. 12)

Утворюється

азоту -

Пари води -



Витрачається

Що витрачається при протіканні цієї реакції кисню -

Обчислюємо ті, що знаходяться в газі після окислення аміаку об'єми, м³:

Кисню -

Азоту -

Пари води -

Всі отримані дані заносимо в таблицю 2. 5. 1 Матеріальному балансу контактного апарату.

Власне матеріальний баланс можна розрахувати, якщо об'єми потоків на вході в контактний апарат і на виході з нього перерахувати на маси, при цьому повинно відбудься рівняння матеріальний балансу:

Прихід:

Витрата:

Заповнимо для матеріального балансу таблицю 2. 4. 1

Таблиця 2. 4. 1

Матеріальний баланс контактного апарату

Аміачна - повітряна суміш:	Нітрозні гази:
Прихід	Витрати
Речовина	кг	м3	Речовина	кг	м3
NH3	4 710, 6	6 206, 9	NO	8 063, 4	6 020, 7
O2	13 730	9 611	O2	2 779, 1	1 945, 4
N2	45 194	36 155, 2	N2	45 310, 4	36 248, 3
H2O	1 607, 1	1 999, 9	H2O	9 088, 6	11 310, 2
Всього	65 241, 7	53 973	Всього	65 241, 5	55 524, 6

2.6 Тепловий баланс

Для розрахунку теплового балансу скористаємось початковим даним наведеними у пункті 2. 4.

Вичислимо загальний об'єм аміачно-повітряної суміші, необхідний для виробництва 53 973кг/год NHO₃ :

Визначаємо компоненти аміачно-повітряної суміші, %

Аміаку NH₃

Сухого повітря -

Пари води H₂O -



Розраховуємо середню теплоємність аміачно-повітряної суміші :

де - теплоємності аміаку, сухого повітря і пари води, кДж/ (кмоль•К).

Визначаємо теплоту, що вноситься аміачно-повітряній суміші :

Обчислюємо теплоти, реакції 2. 6. 7 та 2. 6. 8, що виділяються в процесі окиснення,

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O+ 1266, 96 кДж (2. 6. 7)

4NH₃ + 5O₂ = 4NO +6H₂O + 905, 8 кДж (2. 6. 8)

де 905 800 і 1 266 960 - теплоти, що виділяються при утворенні 1 кмоль оксиду азоту і азоту.



Знаходимо загальний об'єм нітрозного газу, що поступає в котел-утилізатор :

= 55 524, 6 м³ /ч

Визначаємо концентрацію компонентів нітрозних газів % (о) :

Оксиду азоту NO

Кисень O₂

Азот N₂



Пари види H₂O

Отримані дані концентрації компонентів аміачно-повітряної суміші і нітрозних даних заносимо відповідно в таблицю 2. 6. 1

Таблиця 2. 6. 1

Матеріальний баланс контактного апарату

Аміачна - повітряна суміш:	Нітрозні гази
Прихід	Витрати
Речовина	кг	м3	% (об. )	Речовина	кг	м3	% (об. )
NH3	4 710, 6	12 413, 9	11, 5	NO	8 063, 4	6 020, 7	10, 8
O2	13 730	19 222	17, 8	O2	2 779, 1	1 945, 4	3, 5
N2	45 194	72 311, 3	67	N2	45 310, 4	36 248, 3	65, 3
H2O	1 607, 1	3 999, 8	3, 7	H2O	9 088, 6	11 310, 2	20, 4
Всього	65 241, 7	53 973	100		65 241, 5	55 524, 6	100

Вичислимо середню теплоємність нітрозного газу

детеплоємність компонентів нітрозного газу при температурі t = 900, кДж/ (кмоль•С).

С_ср=0, 01•(31, 98•10, 8+32, 57•3, 5+30, 98•65, 3+38•20, 4)=0, 01•(345, 38+114+2022, 99+775, 2)=32, 58 кДж/ (кмоль•С)



Розраховуємо теплоту, що відноситься нітрозними газами. Розглянемо випадок, коли контактний апарат і котел-утилізатор змонтовані у вигляді єдиного агрегату, :

Прирівнюючи прихід теплоти та витрати, складаємо рівняння теплового балансу

де4% - теплові втрати від приходу тепла в зовнішнє середовище

Знаходимо t_x підставляємо знайдене значення Q₁в формулу 2. 5. 6 і вирішуємо його відносно t_x :

По отриманій в формулі 2. 6. 19 обчислюємо значення t_x



так, що б процес окислення аміаку проходив автотермічно аміачно - повітряну суміш необхідно нагріти до 171 ⁰С

Знаходимо Q_втрати підставляючи знайдене значення в формулу 2. 5. 20

Знайдені значення Q підставляємо таблицю 2. 6. 2 перевіряючи рівенство теплового балансу 2. 6. 17

Таблиця 2. 6. 2

Тепловий баланс контактного апарату

Прихід тепла	Витрата тепла
Статті приходу	Дж	%	Статті витрати	Дж	%
1	2	3	4	5	6
З АПС		4, 82	З нітрозними газами	72 682 692, 9	96
Тепловий ефект р-ції		95, 18	Втрати тепла	3 028 445. 5	4
Всього	75 711 138. 44	100	Всього	75 711 138. 4	100

2.7 Технологічний розрахунок

Визначимо основні розміри контактного апарату аміаку, для розрахунку скористаємось початковим даним у наведеними пункті [2. 5].

Каталізатор містить - платино - родієвий сітки: d=0. 009 см і n=1024. Температура процесу 900 ⁰С.

Визначимо оптимальний час контакту визначаємо по формулі:



де б =97% - міра конверсії аміаку

Представляючи в рівнянні відомі значення, знаходимо необхідну площу сіток каталізатора

де m = 12 -число сіток, складених вмісті, прийняте з практичних даних;

W₀= 53 973/3 600 - секундна об'ємна швидкість аміачно-повітряної суміші.

При круглому перерізі контактного апарату діаметр робочої частини сіток рівний:

З урахуванням напуску 60 мм для закріплення на фланцях контактного апарату і площа сіток такі:



Площа сітки

Активна поверхня сітки каталізатора, м² складає

Загальна активна поверхня усіх сіток

Напруженість каталізатора визначаємо по формулі:

де - годинна витрата аміаку

Маса платино - родієвої сітки:



де - питома вага платину

Внутрішній діаметр циліндричної частини і основи конусів дорівнює діаметру активної частини каталізаторні сітки, тобто 1, 82 м.

Основні габарити апарату приймаємо в відповідності з виробничими даними [3]:

; H = 7115 мм; H_{центр мас} = 2800 мм

2.8 Гідравлічний розрахунок

Для визначення розмірів штуцера входу аміачний - повітряної суміші і виходу нітрозного газу зазвичай приймають лінійну швидкість його (W в м/с) в перерізі штуцера рівної від 5 до 10 м/с.

Діаметр і площа штуцерів :

де А_р - об'ємна витрата газу підчас входу і виходу за робочих умов, м²/годину ;

W - швидкість газу в перерізі штуцера, м/с.

Об'єм газу на вході в апарат рівний



де 250 ⁰С- температура аміачно - повітряна суміші

Приймаємо швидкість газу в перерізі штуцера 10 м/c, отримаємо:

Площа вхідного штуцера

Діаметр вхідного штуцера

Для визначення розмірів штуцера для виходу газу необхідно знайти об'єм газу після контактування.

Склад аміачно-повітряної суміші до і після окислення:

Об'єм газу після окислення за робочих умов, при тиску 8 атм. і температурі 900 ⁰С.

Діаметр штуцера для виходу газу з контактного апарату при швидкості газу в нім 10 м/c.

Площа вхідного штуцера



Діаметр вихідного штуцера

Приймаємо



3. ОПИС КОНСТРУКЦІЇ ТА ПРИНЦИПА РОБОТИ АПАРАТА

Опис конструкції контактного апарату вказано на кресленні загального виду 164. 002. 00. 000 ВЗ. Схематично показано на рисунку 3. 1

Контактний апарат є вертикальною циліндричною посудиною, яка складається зовні з двох основних частин:

Верхня частина поз. 1 с зовні складається з еліптичного днища, яке встановлюється на циліндричну обичайку діаметром 2200 мм.

Нижня частина поз. 2 с зовні складається з конуса діаметром 1200/2200 мм переходить в циліндр діаметром 2200 мм. Товщина стінки зовнішнього конуса і циліндра та еліптичного днища 12 мм. Усередині внутрішній частині поз. 6 апарату встановлюється конус діаметром 880/1820 мм, перехідний в циліндр діаметром 1820 мм. Товщина стінок внутрішнього конуса 5 мм і циліндра 6 мм.

В місці переходу внутрішнього конуса в циліндр розташовані газорозподільна колосникова решітки поз. 7.

У нижній частині внутрішнього циліндра встановлена касети з дванадцятьма платиновими каталізаторними сітками . Касети с каталізаторними сітками установлені на решітці з концентричних кілець. Під ними на колосникових решітках розміщують шар керамічних кілець, укладених правильними рядами заввишки 200 мм. Цей шар кілець, з одного боку, частково уловлює платину, з іншої - стабілізує тепловий режим на каталізаторних сітках

Над каталізаторними сітками розташований запальний пристрій

Для рівномірного розподілу потоку нітрозних газів нижче касети з каталізаторними сітками на колосникових решітках встановлені «стакани» у кількості 72 шт.

В нижньому стакані передбачено 5-8 вікон діаметром 20-30 мм . Для виміру температури газів служать три термопари, розташовані по колу - під кутом 120 ⁰С.

У нижній частині контактного апарату вбудований пароперегрівач поз. 3 котла-утилізатора. , який служить для підігрівання аміачно-повітряної суміші теплотою, яка віддається нітрозними газами .

Проба для аналізу відбирається через чотири трубки які розташовані у верхній і в нижній частині апарату поз. 10, 11.

Для візуального спостереження за напруженням сіток підчас запалення і за їх станом в процесі роботи апарату є чотири оглядові вікна поз. 8, розташованих по колу апарату. У верхній частині зовнішнього конуса на штуцері між фланцями затиснута вварена пластина, для обслуговування якої є металевий майданчик. Верхня частина апарату ізолюється, товщина шару ізоляції 110 мм.

Нижня частина - циліндр діаметром 2200 мм що переходить в конус, де розміщується пароперегрівач котла утилізатора. Стінки нижньої частини апарату футеровані цеглиною.

Контактний апарат встановлений безпосередньо на котлі-утилізаторі і кріпиться до нього за допомогою фланців.

Рисунок 3. 1. Контактний апарат

Для захисту сіток контактного апарату від сплаву передбачено захисне блокування, яке відключає технологічну частину агрегату УКЛ при температурі на каталізаторних сітках, - 950 ⁰С.

Контактний апарат призначений для окислення аміаку киснем повітря на платиновому каталізаторі з метою отримання нітрозних газів.

Принцип роботи контактного апарату: Очищена аміачна - повітряна суміш, підігріта до температури 140 - 220 ⁰ С з вмістом аміаку в АПС - 9, 0-11, 7 % та лінійній швидкості АПС 0, 6-10 м/с, поступає через боковий штуцер діаметром 600 мм потрапляє в середину апарата, огинаючи з боків, поступає зверху вниз в конусну частину контактного апарату, де послідовно проходячи газорозподільну решітку потрапляє на каталізаторні сітки напруженістю каталізатора - 0, 1-0, 15 кг/ (м² с), при температурі процесу - 880-920 ⁰С відбувається процес окислення аміаку с виділення теплоти:

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O + 905, 8 кДж

Отримані нітрозні гази послідовно проходять колосникову решітку, пароперегрівач і потрапляють через вихідний штуцер діаметром 1200 мм в котел - утилізатор.

У котлі-утилізаторі за рахунок тепла нітрозних газів і охолодження їх до температури 260-380 ⁰С відбувається випар поживної води. Пара, що утворилася, проходить пароперегрівач контактного апарату, і з тиском не більше

1, 6 МПа (16 кгс/см²) і температурою 230-275 ⁰С спрямовується в цеховий колектор.

Головною особливістю в модифікації будови контактного апарату від інших, пов'язана в зміні верхній частині апарата конуса на циліндр, що спростовує трудомісткий процес виготовлення апарату, також було замінено діаметр робочій частині сіток, розрахованих під потужність одного агрегату до 126 тис. т/рік

Технічна характеристика апарату наведена відповідно до таблиці 3. 1

Таблиця 3. 1

Технічна характеристика контактного апарату

Найменування параметрів	Одиниці виміру	корпус	На вході	У зоні каталізатора
Робочий тиск	кгс/см2	8		7, 3
Розрахунковий тиск	кгс/см2	8		7, 3
Робоча температура	0С		171-300	900
Місткість	м3	18
Основний матеріал	12X18H10T
Товщина стінки 1) Обичайка 2) Обичайка 3) Конус 4) Обичайка 5) Днище	мм	12 6 5 12 12
Пробний тиск випробування	кгс/см2	13, 1
Характеристика робочого середовища	Аміачні - нітрозні гази, повітряна суміш, токсична, вибухонебезпечна
Маса апарату	т	9, 75
Габарити	мм	2900•7115
Діаметр платинової сітки	мм	1820
Маса платинових сіток	г	28 999, 64
Діаметр вхідного штуцеру	мм	600
Діаметр вихідного штуцеру	мм	1200



4. ВИБІР ОСНОВНИХ КОНСТРУКЦІОННИХ МАТЕРІАЛІВ

На вибір конструкційних матеріалів для виготовлення апаратів хімічної промисловості впливає ряд чинників, таких як:

- агресивність середовища, з яким контактує матеріал;

- температура;

- тиск;

- вартість матеріалу;

- легкість його обробки і так далі

Головними з цих умов є агресивність середовища і температура.

У контактному апараті даної конструкції можна виділити три групи деталей і вузлів : деталі, дотичні до контактного газу і аміачну - повітряну суміш (обичайка, кришка і днище, труби т. д. ); деталі, дотичні до водяної пари і конденсату (штуцера для підведення конденсату і відведення пари і т. д. ); деталі, що знаходяться в контакті тільки із зовнішнім середовищем (монтажні штуцера, опора і т. д. ).

Контактний газ є агресивним середовищем і має досить високу температуру до 900 ⁰С, тому вузли і деталі, дотичні до нього, слід виготовляти з жароміцних матеріалів з високою корозійною стійкістю. Цим умовам задовольняють високолеговані стали типу 12Х18Н10Т (ГОСТ 9941-81). Ця сталь має хороші міцність, жароміцна при температурах 900 ⁰С, характеризується високою корозійною стійкістю у багатьох агресивних середовищах, технологічна в обробці, добре деформується в гарячому і холодному станах, добре зварюється усіма видами зварювання і не вимагає обов'язкової термічної обробки виробу після зварювання. Єдиний недолік цього матеріалу - висока вартість.

Інша група деталей і вузлів є у контакті з водяною парою і конденсатом при температурах близько 100 - 220 ⁰С. Вода є менш агресивним середовищем в порівнянні з контактним газом, тому для виготовлення вузлів і деталей, що контактують з водою, можна використати сталі з меншою корозійною і жаростійкістю, такі як вуглецеві або низьколеговані стали. У конструкції діючих контактних апаратів для виготовлення деталей що контактують з водою застосовується низьколегована сталь марки 09Г2С (ГОСТ 5520 - 62). Сталь цієї марки характеризується підвищеною міцністю і ударною в'язкістю, добре деформується і обробляється різанням, легко зварюється усіма видами зварювання, проте, нестійка у багатьох агресивних середовищах. Використання цієї сталі вигідніше і з фінансової точки зору з причини її дешевизни.

Деталі, що знаходяться в контакті тільки із зовнішнім середовищем, слід виготовляти з можливо дешевших матеріалів, що володіють, проте, достатньою механічною міцністю. У конструкції діючого контактного апарату для виготовлення опор використовується вуглецева сталь Ст3сп5. Сталь цієї марки характеризується хорошим поєднанням механічних властивостей, що дозволяє застосовувати її для виготовлення відповідальних деталей і вузлів, добре обробляється різанням і тиском, добре зварюється усіма видами зварювання, проте, як і сталь марки 09Г2С нестійка у багатьох агресивних середовищах

В якості матеріалу прокладення в діючих контактних апаратів використовується пароніт марки ПОН-Б (ГОСТ 15180-86). Цей матеріал може використовуватися в агресивних середовищах при робочих тисках середовища до 0, 8 МПа і температурах до 900 ⁰С, отже, вибір його виправданий.

Інформація об основних елементах контактного апарату приведена в таблиці 4. 1



Таблиця 4. 1

Основні елементи контактного апарату

Назва елементу апарата	Кількість, шт.	Діаметр, мм	Товщина, мм	Висота, довжина, мм	Основний матеріал , марка
1. Обичайка	1	2200	12	3000	12Х18Н10Т
2. Обичайка	1	1880	6	1940	12Х18Н10Т
3. Конус	1	1200/2200	12	1840	12Х18Н10Т
4. Днище	1	2200	12	1450	12Х18Н10Т
5. Фланец ГОСТ 12820-80	4	2200	12	150	12Х18Н10Т



5. РОЗРАХУНОК НА МІЦНІСТЬ, ЖОРСТКІСТЬ І СТІЙКІСТЬ

Вихідні дані

Внутрішній діаметр контактного апарату, мм 2200

Матеріал обичайки 12Х18Н10Т

Матеріал фланців корпуса 12Х18Н10Т Матеріал днища та кришки 12Х18Н10Т Матеріал опори Ст3сп5

Робочий тиск в апараті , МПа0, 8

Розрахункова температура в апараті t, °С 400

Модуль подовжньої пружності для сталі 12Х18Н10Т

при розрахунковій температурі, МПа

Модуль подовжньої пружності для сталі 12Х18Н10Т

при температурі , МПа

Допустиме напруження для сталі 12Х18Н10Т при

розрахунковій температурі, МПа 137 Допустиме напруження для сталі 12Х18Н10Т при температурі, МПа 184

Група апарату за ГСТУ 3-17-191-2000 1

5.1 Визначення товщини стінки корпусу

5.1.1 Визначення товщини стінки обичайки апарату

Тиск в контактному апараті підчас дії запобіжного клапана визначаємо за формулою:

(5. 1)

Розрахунковий тиск без урахування гідростатичного тиску визначаємо за формулою:

(5. 2)

Гідростатичний тиск середовища визначаємо за формулою:

(5. 3)

Де - густина робочого середовища в апараті, кг/м³;

- прискорення вільного падіння, м/с²;

- висота середовища в апараті, м.

Так як гідростатичний тиск середовища складає менше 5 % робочого тиску

,

то розрахунковий тиск приймаємо рівним

Допустиме напруження при розрахунковій температурі:

Пробний тиск визначаємо за формулою:



(5. 4)

де - розрахунковий тиск в апараті, МПа

Рисунок 5. 1 - Розрахункова схема контактного апарату

Гідростатичний тиск води в умовах випробувань визначаємо, враховуючи, що густина води дорівнює

(5. 5)

Так як гідростатичний тиск води:

складає менше 5 % від пробного тиску, розрахунковий тиск в умовах випробувань приймаємо рівним:

(5. 6)

Перевіряємо необхідність розрахунку на міцність в умовах випробувань:

(5. 7)

Так як розрахунковий тиск в умовах випробувань менше розрахункового тиску в робочих умовах, помноженого на, то розрахунок на міцність для умов випробування не проводимо.

Розрахункову товщину стінки корпусу апарату визначаємо за формулою:

(5. 8)

Де - коефіцієнт міцності подовжніх зварних швів корпуса.

Коефіцієнт міцності подовжніх зварних швів корпуса приймаємо відповідно групі апарату. Для 1 групи апарата = 1. 

Розрахункова товщина стінки корпусу контактного апарату:

Виконавчу товщину стінки контактного апарату визначаємо за формулою:

(5. 9)

Де - розрахункова товщина стінки корпусу, мм;

- сума добавок до розрахункової товщини стінки, мм

Сума добавок до розрахункової товщини стінки корпусу апарата складає

(5. 10)

Де - добавка для компенсації корозії і ерозії до розрахункової товщини стінки корпусу, мм;

- добавка для компенсації мінусового допуску на товщину сталевого листа, мм

Виконавчу товщину стінки сатуратора визначаємо по розрахунковій товщиною для робочих умов, враховуючи що вона є найбільшою:



Приймаємо:

Для прийнятого значення товщини стінки розраховуємо допустимий внутрішній надлишковий тиск в робочих умовах за формулою:

. (5. 11)

Умова міцності:

(5. 12)

- виконується

Перевірка умов застосування розрахункових формул

(5. 13)

- умова виконується

5.1.2 Розрахунок еліптичного днища корпусу

Розрахункову товщину стінки еліптичного днища визначаємо за формулою

, (5. 14)



Де внутрішній надлишковий тиск, МПа;

радіус кривизни в вершині днища по внутрішній поверхні, мм; для стандартних еліптичних днищ.

коефіцієнт міцності зварних швів;

допустима напруга матеріалу при розрахунковій температурі, МПа;

Виконавча товщина стінки днища:

(5. 15)

Приймаємо виконавчу товщину стінки еліптичного днища:

Визначення допустимого внутрішнього надлишкового тиску, МПа

Допустимий внутрішній надлишковий тиск:

(5. 16)

Умова міцності:

- умова виконується

Перевірка умови застосування розрахункових формул:

(5. 17)

- умова виконується

5.1.3 Розрахунок конічного днища корпусу

5.1.3.1 Розрахунок товщини стінки конічного днища від внутрішнього тиску

Розрахункову довжину перехідної частини з'єднання з тороїдальним переходом визначаємо за формулою, приймаючи для попереднього розрахунку значення, рівне товщині стінки циліндричної обичайки

(5. 18)

Розрахунковий діаметр гладкої конічної обичайки визначаємо по формулі

(5. 19)



Для з'єднання з тороїдальним переходом розрахунковий коефіцієнт міцності зварних з'єднань при дії внутрішнього тиску визначаємо по формулі, приймаючи коефіцієнт міцності кільця зварного шва

(5. 20)

Розрахункову товщину стінки визначаємо по формулі:

(5. 21)

Виконавчу товщину конічного днища визначаємо по формулі:

(5. 22)

Виконавчу товщину конічного днища приймаємо:

Отримана в результаті розрахунку товщина конічного днища і заздалегідь прийнята для визначення a₁ і D_K товщина переходу збігаються.

5.1.3.2 Визначення тиску, що допускається

Внутрішній надлишковий тиск, що допускається, визначаємо по формулі:



(5. 23)

Умова міцності:

- умова виконується

5.1.3.3 Розрахунок товщини стінки перехідних частин конічної і циліндричної обичайки

Приймаємо для попереднього розрахунку значення, рівне товщині стінки конічної обичайки і циліндричної обичайки

Для визначення розрахункової товщини стінки перехідної частини циліндричної обичайки необхідно обчислити значення коефіцієнтів формиі

; (5. 24)

(5. 25)



де - відношення допустимих напружень матеріалів конічної та циліндричної перехідних частин при розрахунковій температурі:

Коефіцієнт визначаємо по формулі:

(5. 26)

де - допустиме напруження для матеріалу конічної перехідної частини при розрахунковій температурі, МПа;

- допустиме напруження для матеріалу циліндричної перехідної частини при розрахунковій температурі, МПа;

Коефіцієнт , оскільки циліндрична обичайка і конічний перехід виконані з одного матеріалу.

Розрахункову товщину стінки перехідної частини циліндричної обичайки, мм, визначають по формулі

, (5. 27)

Виконавча товщина стінки перехідної частини циліндричної обичайки визначається по формулі

(5. 28)

Приймаємо товщину стінки перехідної частини циліндричної обичайки , рівну товщині стінки циліндричної обичайки.



Розрахунок товщини стінки конічного елементу переходу проводять по формулі

(5. 29)

Приймаємо товщину стінки перехідної частини конічного елементу переходу , рівну товщині стінки циліндричної обичайки.

Оскільки виконавча товщина стінок перехідних частин і збіглися із попередньо призначеними значеннями при визначенні коефіцієнтів форми и , то перерахунку значень цих коефіцієнтів не вимагається.

Внутрішній надлишковий тиск, що допускається, з умови міцності перехідної частини визначають по формулі

(5. 30)

Перевірка умови міцності по формулі

- умова міцності виконується

5.1.3.4 Розрахунок з'єднання штуцера з конічною обичайкою

Розрахункова товщина стінки штуцера



, (5. 31)

де коефіцієнт форми;

коефіцієнт міцності зварного шва, для штуцера = 1;

внутрішній діаметр штуцера, мм.

Внутрішній діаметр штуцера: ,

Коефіцієнт форми: (5. 32)

Коефіцієнт визначається залежно від відношення:

, (5. 33)

де - відношення допустимої напруження матеріалу конічної обичайки і штуцера при розрахунковій температурі:

(5. 34)

Для штуцера із сталі 12Х18Н10Т

Тоді

(5. 35)



Коефіцієнт визначається по формулі

(5. 36)

Коефіцієнт визначений по формулі (5. 35), а по формулі (5. 32):

Розрахункова товщина стінки штуцера по формулі (5. 31)

Товщина стінки штуцера з урахуванням надбавки до розрахункової товщини

Вибрана заздалегідь товщина штуцера задовольняє умові міцності.

Внутрішній надлишковий тиск, що допускається, з умови міцності

, (5. 37)



Перевірка умови міцності по формулі

- умова міцності виконується

5.2 Розрахунок зміцнення отворів

5.2.1 Розрахунковий діаметру одиночного отвору, що не вимагає зміцнення

- для обичайки:

, (5. 38)

де D_p - розрахунковий діаметр укріплюваного елементу, мм;

розрахункова товщина стінки укріплюваного елементу

5.2.2 Штуцери В_1-3 та Є (штуцери Ш38х3 матеріал сталь 12Х18Н10ТГОСТ 9941-81):

Розрахунковий діаметр штуцера:

, (5. 39) 

де надбавки до розрахункової товщини стінки штуцера