Разработка конструкции и расчет выпарного аппарата.

Необходимо определить толщину стенки сварной цилиндрической обечайки корпуса выпарного аппарата, работающего под внутренним избыточным давлением Р = 0,6 МПа, при следующих данных: материал обечайки – сталь марки 08Х18Н10Т, проницаемость П ≤ 0,1 мм/год, запас на коррозию Ск = 1 мм; среда – насыщенный водяной пар при абсолютном давлении 0,2 МПа и температуре 120 °С. Внутренний диаметр обечайки Dв = 2,0 м, отверстия в обечайке укреплённые, сварной шов стыковой двухсторонний (φш = 0,95). Допускаемое напряжение для стали марки 08Х18Н9Т при 120 °С определим по графику: σд = 153 МН/м2.Толщина обечайки с учётом запаса на коррозию и округлением рассчитаем по формуле:где D – наружный или внутренний диаметр обечайки, м; σд – допускаемое напряжение на растяжение для материала обечайки, МН/м2 . Коэффициент φ учитывает ослабление обечайки из-за сварного шва и наличия неукреплённых отверстий. При отсутствии неукреплённых отверстий φ = φш, причём для стальных обечаек принимают φш =0,7 – 1,0, в зависимости от типа сварного шва. [7] Прибавка толщины С=где =1 мм, и – прибавка на утонение и размера и технологическая прибавка ввиду незначительных значенией не учитываются.Примем толщину стенки по сортаменту .Границей применимости формулы является условие:То есть условие выполняется.Допускаемое избыточное давление в обечайке можно определить из формулы:2.3.2 Расчёт толщины днищаСоставными элементами корпуса выпарного аппарата является днище, которое обычно изготовляются из того же материала, что и обечайки, и привариваются к ней. Днище неразъёмно ограничивает корпус вертикального аппарата снизу. Форма днища может быть эллиптической, сферической, конической и плоской. В нашем аппарата применяется коническое днище.Конические днища применяют в тех случаях, когда это обусловлено технологическим процессом, исключающим применение эллиптических или плоских днищ, например, при необходимости непрерывного или периодического удаления вязких жидкостей, суспензий, сыпучих или кусковых материалов через нижний штуцер. Угол конуса при вершине в днищах обычно принимают равным 60° или 90°.Расчёт нижнего конического днища с торроидальным переходом (отбортовкой), нагруженных внутренним избыточным давлением, рассчитаем по формуле:Угол α = 30° - половина угла при вершине конуса cosα = 0,866.Днище сварное (φш = 0,95); в нём имеется центрально расположенное неукреплённое отверстие dо = 0,1 м. Коэффициент ослабления днища отверстием определяется по формуле:Примем толщину стенки по сортаменту Эта формула справедлива при условии:0,0025, следовательно условие выполняется.Допускаемое избыточное давление для конических днищ определяется из формулы:2.3.3 Определение фланцевых соединений и крышекСреди разъёмных неподвижных соединений в химическом аппаратостроении наибольшее распространение получили фланцевые соединения. При конструировании аппаратов следует применять стандартные и нормализованные фланцы, например, по ГОСТ 12815 – 67, ГОСТ 12839 – 67, ГОСТ 1233 – 67, ГОСТ 1235 – 67. Конструкция фланцевого соединения принимается в зависимости от рабочих параметров аппарата: при давлении Р ≤ 2,5 МПа, температуре t ≤ 300 °С и числе циклов нагружения за время эксплуатации до 2000 применяются плоские приварные фланцы. Во фланцевых соединениях при Р ≤ 2,5 МПа, t ≤ 300 °С применяются болты.Рисунок 2.2 Плоский приварной фланец исполнение 1Таблица - Основные размеры фланцевого соединения ГОСТ 28759.2-90[6]D, ммPPy,МПаРазмеры, ммЧисло отверстийzDD1D D2D D3D D4DаD D5а1bSdd1200000,612130120901204612060117,562043114170 12223672Болты подбираются по ГОСТ 7798 – 70 из стали 12Х18Н10Т [7].Данный фланец устанавливается на греющей камере.2.2.4 Подбор опорыПолная высота аппарата составляет Н=22570 мм.Масса аппарата при гидроиспытании 146990 кг.[5]Вес аппарата МН подходят опоры I-III типа.Отношение вылета к высоте ребра l/h рекомендуется принимать равным 0,5.Расчётная толщина ребра определяется по формуле:где G – максимальный вес аппарата, МН; n – число лап; z- число рёбер в одной лапе (1 или 2); σСД – допускаемое напряжение на сжатие (можно принять равным 100 МН/м2; l – вылет опоры, м. Значение коэффициента k рекомендуется предварительно принять k = 0,6. Если при этом δ получится не менее l/13, то расчётная величина δ является окончательной. В противном случае значение коэффициента k необходимо уменьшить с пересчётом толщины δ и последующей проверкой l/δ по графику.Определим основные размеры опоры (лапы) для вертикального цилиндрического аппарата, подвешенного на четырёх лапах по следующим данным: максимальный вес аппарата G = 1,44 МН, число лап n = 4; конструкция лап – двухрёберная, z = 2; вылет лапы l = 0,2 м; Ск = 1 мм; диаметр корпуса Dв = 2,0 м.Пренебрегаем отношением вылета лапы к высоте ребра l/h = 0,5.Толщина ребра составит:Отношение . Пересчета не требуется. Принимаем толщину ребра 40 мм.Общую длину сварного шва определим по формуле:Прочность сварного шва проверим по формуле:где Lш – общая длина сварных швов, м; hш – катет сварного шва, hш = 0,008 м; τш.с. – допускаемое напряжение материала на срез, τш.с. = 80 МН/м2.То есть прочность обеспечена.Определим опоры аппарата. При определении нагрузки на подвесную опорную лапу все действующие на аппарат нагрузки приводят к осевой силе Р, определяемой максимальным весом аппарата при эксплуатации или при гидравлических испытаниях, и моменту М, зависящему от конструкции аппарата, и т. д. При учебных расчётах момент М можно принять равным нулю. Нагрузку на одну опору рассчитывают по соотношению:Если М = 0, следовательно , значит где λ1 – коэффициент, зависящий от числа опор z. Примем z = 4, значит λ1 = 2.Рассчитаем осевую силу Масса аппарата при гидравлических испытаниях равна146990 кг:[5]Вес аппарата .Нагрузка на одну опору По ГОСТ 26296-84[6] выбираем опору штампованную со следующими характеристиками:Рисунок 2.3 Штампованная опорная лапаДопускаемая нагрузка на одну лапу Нl1b1ch1KlFне менееs1dКатет сварного шваtМасса опорной лапыG, кг100025024019248530701242816ЗаключениеЦелью данной работы являлся расчет выпарного аппарата с соосной греющей камерой, вынесенной зоной кипения и солеотделением для упаривания 42 т/ч 7%-ного раствора хлорида кальция.В работе приведена сущность процесса выпаривания и области его применения, описана технологическая схема однокорпусной выпарной установки и дана характеристика рассчитываемого типа аппарата.Расчетная часть представлена технологическим расчетом, в результате которого мы определили основные размеры аппарата:- поверхность теплопередачи 630 м2:- число теплообменных труб 1250;- диаметр греющей камеры 2000 мм;- диаметр сепаратора 3400 мм;- диаметр циркуляционной трубы 1200 мм;- общая высота аппарата 22570 мм.Механические расчеты включают определение толщины стенки греющей камеры и конического днища аппарата, подбор фланцевого соединения для греющей камеры, расчет и выбор типа опор для данного аппарата.Список литературных источников1. Викторов, М. М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчёты [текст] / М. М. Викторов, Л.: Химия, 1977, 360 с.2. Воробьёва, Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических произвдств [текст] / Г. Я. Воробьёва, М.: Химия, 1975, 816 с.3. Дытнерский, Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию [текст] / Ю. И. Дытнерский, – М.: Химия, 1983, 270 с.4. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии [текст] / А. Г. Касаткин, М.: Химия, 1973, 750 с.5. Каталог УКРНИИХИММАШа. Выпарные аппараты вертикальные трубчатые общего назначения. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1979, 38 с.6. Лащинский, А. А. Конструирование сварочных химических аппаратов [текст] / А. А. Лащинский, Л.: Машиностроение, 1981, 382 с.7. Лащинский, А. А. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры [текст] / А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский, Л.: Машиностроение, 1970, 752 с.8. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессы и аппараты химической технологии [текст] / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков, – М.: Химия, 1970, 624 с.9. Справочник химика, т V, М.: Химия, 1968, 976 с.10. Ульянов, В.М. Технологические расчеты машин и аппаратов химических и нефтеперерабатывающих производств. Примеры и задачи: учеб. пособие / В.М. Ульянов, А.А. Сидягин, В.А. Диков; под ред. В.М.Ульянова; Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева. – Н.Новгород, 2015. – 633 с.