Проект розрахунку хімічного пристрою

Зміст

1. Призначення і область застосування пристрою

2. Технічна характеристика пристрою

3. Опис конструкції пристрою

4. Можливі несправності при роботі пристрою

5. Механічний розрахунок

5.1 Визначення вихідних даних

5.2 Вибір конструкції апарата та його основних розмірів

5.3 Вихідні дані до розрахунку

5.4 Розрахунок потужності та міцності перемішуючого пристрою

5.5. Розрахунок корпусу апарата

5.6 Розрахунок днища апарата

5.7 Розрахунок кришки корпусу апарата

5.8 Розрахунок фланцевого з'єднання

5.9 Розрахунок опор апарата

1. Призначення і область застосування

Апарат з механічним перемішуючим пристроєм призначений для проведення різних технологічних процесів в рідких однофазових і багатофазових середовищах. Апарат укомплектований приводом з електродвигуном у виконанні.

Апарат полягає корпусу з еліптичним днищем і кришкою і перемішуючого пристрою.

Корпус апарату забезпечений технологічними штуцерами і штуцерами для контрольно-вимірювальних приладів, а також може мати сорочку і додаткові пристрої (змійовик).

Перемішуючий пристрій складається з приводу, валу і мішалки.

Вал перемішуючого пристрою сполучений з валом мотор-редуктора:

— пружною втулково-пальцьовою муфтою і забезпечений двома опорами на підшипниках кочення, встановлених в стійці приводу (консольний вал);

жорсткою цапфової муфтою де підшипником є підп'ятник встановлений на днищі апарату (одно прольотний вал).

Герметичність корпусу апарату в місці виходу валу перемішуючого пристрою забезпечується сальниковим або торцевим ущільненням.

Герметичність роз'ємних з'єднань апарату (кришки, штуцерів) забезпечується прокладками або сальниками.

Апарати обладнані люком-лазом або мають знімну кришку для огляду, чищення і ремонту.

2. Технічна характеристика

Об'єм апарату -10 м3,

Розрахунковий тиск: в апараті - 0,1 МПа, в зміївику — 0,3 МПа.

Робочий тиск: в апараті - 0,1 МПа, в зміївику — 0,3 МПа.

Робоча температура: в апараті - 92 С°, в зміївику -143 С°.

Середовище: в апараті - слабощєлочна кислотна, в зміївику — водяна пара.

Привід: редуктор електродвигун В180−5,5−50

Група апарата за ОСТ 26−291−79: 1.

3. Опис конструкції пристрою

Реактор — стальний, місткістю 10 м³, оздоблений змійовиком для нагріву парою тиском не більш 0,3 МПа та охолодження водою, рамною мішалкою з частотою обертання 0,83 с, пристроями для вимірювання температури та тиску, запобіжним клапаном, відрегульованим на тиск 0,92 МПа, системою блокування та сигналізації, довгою та короткою (установленою на 30,0 ± 0,5 см від дна трубами пере тиснення. Збірник скидання тиску із запобіжного клапану — стальний циліндричний істкістю 3,0 м³. Збірник скидання тиску — стальний циліндричний, місткістю їм", з пристроєм, для вимірювання рівня.

Апарат постачається повністю зібраним, не потребуючи розбирання при монтажі, зі знятим на час транспортування мотор-редуктором. Експлуатація апарата повинна виконуватися з використанням вимог підрозділу 7−2 «Правил приладу та безпечної експлуатації сосуд і в працюючих під тиском».

4. Можливі несправності при роботі пристрою

5 Механічний розрахунок

5.1 Визначення вихідних даних

1) Номінальний об'єм апарата, — V = 10,0 м³.

2) Робочий тиск:

а) у корпусі, МПа — Рр = 0,1 МПа;

б) в зміївику, МПа — Рр1 = 0,3МПа.

3) Робоча температура:

а) у корпусі, — tр = 920С;

б) в зміївику, — tр1 = 1430С.

4) Середовище:

а) у корпусітоксичне, 2кл. небезпеки, вибухопожеженебезпечне, корозійне.

б) в зміївику — пара водяна.

5) Матеріал:

а) корпусу — сталь 12Х18Н10Т;

б) зміївик — сталь ВСт3сп3;

6) Кількість обертів перемішуючого пристрою, об/хв. — n = 50

7)Згідно розділу 1[3], с. 1−2, приймаємо:

Розрахунковий тиск, п. 1.2.2[3]:

у корпусі - Р = Рр = 0,1МПа;

в зміївику — Р1= Рр1= 0,3МПа;

Розрахункова температура, п. 1.1.3. 3]:

стінки корпусу — t = tp = 1000С;

в зміївику — t = tp1 = 1500С.

5.2 Вибір конструкції апарата та його основних розмірів

а) Згідно технологічних вимог апарат, який розраховується, це вертикальний циліндричний апарат з еліптичним днищем та кришкою, нероз'ємний, без фланцевого з'єднання. Це апарат типу ВЕЕ виконання 2.

Вибираємо основні розміри апарата необхідні до розрахунку, по таблиці 16.2 [3], ст. 333−334, у залежності від номінального об'єму V = 10,0 м³, та технологічних вимог:

внутрішній діаметр апарата — D=2200 мм;

довжина циліндричної частини корпусу обичайки — ?1 = 1902 мм;

приймаємо внутрішній діаметр оболонки — D1 = 2400 мм.

5.3 Вихідні дані до розрахунку

Таблиця 1 — Вихідні данні до розрахунку

5.4 Розрахунок потужності та міцності перемішуючого пристрою

а) Розрахункова потужність, яка втрачається перемішуючим пристроєм на перемішування середовища, визначається по формулі 31.1[2], с. 707,

Nм = KN • pc • n3 • dм5;вm, (1)

де dм — діаметр мішалки, м, який залежить від типу мішалки та внутрішнього діаметра апарата.

Для рамної мішалки згідно таблиці 31.1[2], с. 702−705 з урахувнням змійовика приймаємо dм = 1,4 м сc — густина середовища у апараті, яке перемішується, сc = 1,4т/м3=1400кг/м3;

n — частота обертання мішалки,

n = 50 об/хв=0,833 об/с КNкритерій потужності, який залежить від центр обіжного критерію Рейнольдса, Reц, та відношення ;

Критерій Рейнольдса визначається по формулі 31.4[2], с. 707

Reц =, (2)

де мс — коефіцієнт динамічної в’язкості суміші, н•с/м2; мс = 0,25н?с/м2.

Reц = 1400*0,833*1,42/0,25=15 114

По графіку на малюнку 31.2[2], с. 707, для рамної мішалки при (крива 1) знаходимо КN? 0,35

Розраховуємо: N? м= 0,35· 1400·0,8333·1,45 = 1507Вт Заключна розрахункова потужність перемішуючого пристрою визначається по формулі 31.11 [2], с. 708,

N?м = Kн · К1 · К2 … Кі · Nм; Вт, (3)

де Кн — коефіцієнт, який залежить від висоти рідини у апараті Нз.

Так як Нз< D. У цьому випадку коефіцієнт Кн. =1.

К1, К2… Кі - це коефіцієнти, які враховують вплив внутрішніх пристроїв у апараті.

У апараті, який розраховується, маємо такі внутрішні пристрої: гільзу термометра, трубу пере тиснення та пристрій для виміру рівня.

По таблиці31.5[2], с. 709, визначаємо відповідні коефіцієнти, у залежності від типу мішалки. Для рамної мішалки:

К1 — коефіцієнт, який враховує гільзу термометра, К1 = 1,1;

К2 — коефіцієнт, який враховує трубу перетиснення, К2 = 1,1;

К3 — коефіцієнт, який враховує пристрій для вимірювання рівню, К3 = 1,1.

К4 — коефіцієнт, який враховує змійовик, К4 = 2

Розраховуємо:

N1м =1,1*1,1*1,1*2*1507=4011Вт;

в) Номінальна розрахункова потужність перемішуючого пристрою визначається по формулі 32.1[2], с. 735,

N1э =, Вт, (4)

де Юn — коефіцієнт корисної дії двигуна, Юn = 0,9 ч0,96;

Приймаємо: Юn = 0,96.

К — коефіцієнт перевантаження, який виникає під час пуску двигуна.

К = 1,3

Розраховуємо: Nэ1 =

г) Розрахунковий крутячий момент на валу з перемішуючим пристроєм визначаємо по формулі32,5[2], с. 742,

МК1 =; Н? м, (5)

де щ — кутова швидкість обертання мішалки, с-1

МК? =

д) Попередній мінімальний діаметр вала мішалки визначаємо по формулі 32.6[2], с. 742,

dв = 1,71?; м, (6)

де [ф] - допустиме напруження кручення для матеріалу вала.

Рекомендовані значення: [ф] = = (40 ч45)· 106 Н/м2.

Приймаємо: [ф] = 40?106 Н/м2.

Розраховуємо: dв = 1,71 ?

Вибираємо стандартизований привід у залежності від N1э ?5,4кВт та n =50об/хв.по технічній характеристиці рушіїв у [4], арк.2. Приймаємо: привід В1805,550, який має потужність N=5,5кВт та n = 50 об/хв.

По таблиці [4], арк. 2 вибираємо діаметр вихідного кінця вала рушія: d3 = 80 мм;

Заключно приймаємо діаметр вала мішалки dв = 80 мм.

Перевірка вала мішалки на міцність.

Умова міцності: ф? [ ф]; (7)

де ф — дотичне напруження на валу мішалки Н/м2, яке визначається по формулі 32,8[2], с. 742,

ф =; Н/м2. (8)

Розраховуємо: ф =

ф = 7,14•106 Н/м2 < [ф] = 40? 106 Н/м2

Умова міцності виконується.

5.5 Розрахунок корпусу апарата

Розрахунок обичайки корпусу апарата, яка навантажена внутрішнім надлишковим тиском.

Рисунок 1

Виконавчу товщину стінки обичайки визначаємо по формулі 8[3],

с. 10,

S? Sp + С; м, (9)

де Sp — розрахункова товщина стінки обичайки, м;

С — прибавка, м.

а) розрахункова товщина стінки обичайки визначається по формулі 9[3], с. 10,

Sр=; м, (10)

де р — розрахунковий внутрішній тиск у корпусі апарата, МПа; р = 0,4 МПа.

D — внутрішній діаметр обичайки корпуса, м;

D = 2,2 м;

[у] - допустиме напруження матеріалу обичайки корпусу при розрахунковій температурі.

Матеріал обичайки корпусу — 12Х18Н10Т, розрахункова температура стінки корпусу — t = 1000C.

По табл. 5 Додаток 1[3], с. 55−56, знаходимо

[у]100=174МПа.

цр — коефіцієнт міцності подовжнього зварового шва, який вибирається по табл. 30 Додаток 5 [3], с. 71.

Приймаємо, що довжина контрольованих зварових швів складає 50% від загальної довжини зварових швів обичайки корпусу, шви стикові двохсторонні. У цьому випадку цр = 0,9.

Розраховуємо: Sp =

б) прибавка С визначається по формулі 7[3], с. 7,

С = С1 + С2 + С3; м, (11)

де С1 — прибавка на корозію та ерозію, м;

Тому що дані на проникання корозії відсутні та, згідно завдання, маємо середовище у апараті корозійне, приймаємо С1 = 0,002 м.

С2 — прибавка на різностінність або на від'ємне значення граничного відхилення листа, з якого виготовляється обичайка корпусу, м;

При відсутності даних приймаємо середнє значення С2 = 0,0005 м.

С3 — прибавка технологічна, м; С3 = 0,0005 м.

Тоді С = 0,002 + 0,0005 + 0,0005 = 0,003 м.

Розраховуємо: S = 0,0007+0,003 = 0,0037 м Приймаємо S = 0,006 м (із-за конструктивних міркувань).

в) Допустимий внутрішній надлишковий тиск визначаємо по формулі 10[3], с. 10,

[p]= (12)

г) Перевіряємо умову міцності обичайки р? [p]; (13)

р = 0,1 МПа < [p]= 0,4265 МПа.

Умова міцності виконується.

5.6 Розрахунок днища апарата на дію внутрішнього тиску

Рисунок 2

Виконавча товщина стінки днища визначається по формулі 52 [3], с. 22,

S1? S1p + c; м, (14)

де S1 -виконавча товщина стінки днища, м;

S1p — розрахункова товщина стінки днища, м.

С — прибавка, С =0,003 м.

Розрахункова товщина стінки днища визначається по формулі 53[3], с. 22,

S1p =; м, (15)

де р — розрахунковий внутрішній тиск у корпусі апарата, р = 0,1МПа;

R — радіус кривизни у вершині днища, м, який визначається по формулі 55 [3], с. 22,

R = (16)

для еліптичних днищ R =D =2,2 м;

ц — коефіцієнт зварового шва для опуклих днищ;

Якщо днище виготовлено з однієї заготовки ц = 1.

Приймаємо: ц =1.

Розраховуємо: S1p =

Розраховуємо: S1 = 0,0006 + 0,003 = 0,0036 м.

Ближче парне значення: S1 = 0,004 м, але беремо таку товщину, як при розрахунку корпусу S1=0,006 м Визначаємо внутрішній надлишковий тиск по формулі 54 [1], ст. 22.

(17)

г) Перевірка умови міцності днища.

; МПа

.

Умова міцності виконується.

5.7 Розрахунок кришки корпусу апарату

Кришка корпусу працює тільки під дією внутрішнього тиску. Розрахунок еліптичного днища від цього навантаження виконаний у п. 2.4.5., де була одержана виконавча товщина стінки S1 = 0,004 м. З умов міцності цієї товщини достатньо для праці кришки, але з умов технології виготовлення апарата (зварювання кришки з корпусним фланцем), товщина кришки повинна бути не менша за 0,7 товщини стінки корпусу обичайки S.

Якщо S=6 мм;S1кр= 0,7•6 = 4,2 мм; приймаємо S1кр =5мм.

Розрахунок зміцнення отворів у кришці апарата.

Рисунок 3

Вихідні данні до розрахунку: апарат має люк dy 500 та рядом розташований штуцер dy 100.

Тому що робочий тиск у корпусі апарата складає Pp = 0,1 МПа, люк та штуцер розраховуються на умовний тиск Ру = 0,6 МПа.

Матеріал кришки, люка, штуцера та накладного кільця. приймаємо — 12Х18Н10Т, розрахункова температура для кришки, люка та штуцера приймається t = 100? C, як у корпусі апарата; допустиме напруження для матеріалу 12Х18Н10Т при розрахунковій температурі t = 100? C — [у] = 174 МПа, для люка та штуцера [у]1 = [у] = 174МПа.

Прибавка С для кришки розрахована також у п. 2.4.1. та дорівнює С = 0,003 м. прибавка Сs для люка, штуцера. Приймаємо, що люк та штуцер мають основні втрати на корозію та ерозію. Тоді Сs = 0,002 м.

Визначення розрахункових діаметрів зміцнюємих елементів.

а) для стандартизованих еліптичних днищ, коли Н = 0,25 D, розрахунковий діаметр штуцера визначається по формулі 5[4], с. 3,

; м, (18)

де х — відстань від центру отвору, який зміцнюється, до вісі кришки, м.

б) визначаємо параметр Х окремо для люка та штуцера:

для люка dу 500, Ру 0,6 МПа:

; м, (19)

де d — внутрішній діаметр люка, d = 0,5 м;

S1 — виконавча товщина стінки патрубка люка, м, яка визначається по табл. 8.2[1], с. 150 — 152, для стандартних люків вик. 2 (зі з'єднанням «виступ — западина») у залежності від Ру та d;

S1 = 0,008 м.

х = 0,4•2,2 — 0,5(0,5+2•0,008) = 0,622 м.

Заключно приймаємо х = 0,62 м;

для штуцера dy 100, Ру 0,6 МПа;

; м, де dґ= 0,1 м — внутрішній діаметр штуцера;

S1 — виконавча товщина стінки патрубка штуцера, м, яка визначається по таблиці 102 [81], с. 175, у залежності від dy та Ру; S1 = 0,005 м;

Розраховуємо: хґ= 0,4•2,2 0,5(0,1+2•0,005) = 0,825 м Заключно приймаємо хґ= 0,8 м.

Розрахунковий діаметр кришки для люка

Розрахунковий діаметр кришки для штуцера

м,

.

Визначення розрахункових параметрів.

а) Розрахункова товщина стінки еліптичної кришки, яка навантажена внутрішнім надлишковим тиском визначається по форм. 15 [4], с. 5,

; м, (20)

де г — коефіцієнт міцності зварових з'єднань.

Приймаємо, що при виготовлені кришки вісь зварового шва днища повинна бути віддаленою від зовнішньої поверхні штуцера на відстань, яка не перевищує більш трьох товщин елемента, який зміцнюється.

Тоді г = 1.

б) Розраховуємо для люка:

в) Розраховуємо для штуцера:

Розрахункова товщина стінки штуцера (люка), який навантажений як внутрішнім, так і зовнішнім тиском, визначається по формулі 16[4], ст. 5,

; м, (21)

де d — внутрішній діаметр штуцера, м;

[у]1 — допустиме напруження для матеріалу штуцера, МПа:

У випадку, коли всі розраховуємо елементи виконані зі сталі 12Х18Н10Т [у]1=[у]=174 МПа;

ц1 — коефіцієнт міцності подовжнього зварового з'єднання штуцера.

У даному випадку приймаємо 100%-ий контроль зварових з'єднань штуцера та по табл. 20 Додаток 5 [3], с. 71, для стикового двохстороннього шва приймаємо ц1 = 1,0.

Визначаємо розрахункову товщину стінки патрубку люка dy 500

Розрахунковий діаметр отвору у кришці для люка.

Апарат, який розраховується, має люк в круглим поперечним січенням, люк зміщений на еліптичній кришці (див. Рисунок 3).

У цьому випадку розрахунковий діаметр отвору визначається по ф. 10 [4], с. 4,

м, (22)

де d — внутрішній діаметр люка, d = 0,5 м;

Сs = 0,002 м — прибавка для люка;

x = 0,62 м;

Dр = 3,84 м — розрахунковий діаметр кришки для люка.

Розраховуємо: м.

Перевірка необхідності зміцнення отвору під люк.

а) Розрахунковий діаметр одиночного отвору, який не потребує зміцнення при наявності надлишкової товщини стінки кришки визначається по формулі 26 [4], с. 6,

d0 = 2 м; (23)

де S — виконавча товщина стінки кришки, яка розрахована у п. 5.5.7 S = 0,012 м; розраховуємо:

d0 = 2

Якщо розрахунковий діаметр одиночного отвору відповідає умові, яка визначається по формулі 27[4], с. 7, то подальші розрахунки не потрібні.

Умова: dp? do;

dp = 0,533 м < do =5,28 м. (24)

Умова виконується. Розрахунок отвору закінчено.

в) Визначаємо відстань між стінкою люка та ближчого до нього штуцера dy 100 по формулі 25 [4], с. 6,

м; (25)

Заключно приймаємо b = 0,40 м та враховуємо цю величину при розташуванні отворів на кришці обичайки.

5.8 Розрахунок фланцевого з'єднання

З умов роботи апарата (тиск, температура, середовище) приймаємо стальні плоскі приварні фланці, які мають ущільнення «виступ — западина».

Рисунок 4

Вибір вихідних даних до розрахунку.

Матеріал фланців приймаємо таким, як і матеріал корпусу — 12Х18Н10Т:

2) Матеріал болтів — приймаємо Сталь 35.

3) Розрахункова температура фланців tф визначається згідно табл. 13.21[1], с. 259;

Маємо фланці, які приварені в стик, та ізольовані елементи. При цьому: tф = t = 100? C;

4)Розрахункова температура болтів визначається по тій же таблиці

tБ = 0,97t = 0,97•100 = 97? C,

5) Визначаємо допустимі напруження для матеріалів фланців та болтів по табл. 5 Додаток 1[3], с. 55:

а) для фланців — [у]ф = [у] = 174 МПа, тому що матеріал фланців та розрахункова температура ті ж самі, як і у корпуса апарата;

б) для болтів [у]б97= 126 МПа;

в) допустиме напруження фланців при tф = 20? C визначаємо по тій самій таблиці

[у]ф20 = 184 МПа;

г) допустиме напруження болтів при tБ = 20? C знаходимо аналогічно

[у]620 = 130 МПа.

е) Визначаємо конструктивні розміри стандартних корпусних фланців для апарата, який має D = 2,2 м. та умовний тиск фланців Ру = 1,0 МПа.

По табл. 13.8[1, с. 236 — 240], знаходимо:

зовнішній діаметр фланця — Dф = 2,385 м;

діаметр болтового кола фланця — DБ = 2,335 м;

мінімальний діаметр втулки фланця — D4 = 2,228 м;

максимальний діаметр втулки фланця — D5 = 2,27 м;

товщина фланця — h =0.07 м;

загальна висота фланця — Н = 0,135 м;

діаметр отворів під болти — d = 27 мм;

кількість отворів під болти — z = 88.

ж) Вибір типу прокладки та її ширини.

Згідно з умовами роботи апарата приймаємо тип ущільнювання «виступ — западина» та плоску неметалеву прокладку з пароніту (див. табл.13.24[1]).

Ширина прокладки «вn» вибирається по табл.13.25[1, с. 262], у залежності від типу прокладки та внутрішнього діаметра апарата «D».

Для плоскої неметалевої прокладки та D = 2,2 м ;

вn = 15 — 25 мм. Приймаємо: вn = 20 мм;

Визначення попередніх розрахункових величин.

а) Визначаємо діаметр болтів по табл. 13.26 [1, с. 263], у залежності від D = =1,6 м та Ру = 1,0 МПа

dБ = M24.

Зовнішній діаметр прокладки визначаємо по формулі 13.11[1, с. 264],

Dn = DБ —?; м, (26)

де? — величина, яка визначається по табл. 13.27[1, с. 264, у залежності від dБ та типу прокладки: Для dБ = M24: ? = 0.034 м;

Тоді Dп = 2,335 — 0,034 = 2,301 м.

в) Визначаємо ефективну ширину прокладки по формулі 13.14[1, с. 264], для вn > 15 мм.

м. (27)

г) Визначаємо середній діаметр прокладки по формулі 13.12 [1, с. 264],

м. (28)

д) Визначаємо безрозмірний параметр щ по формулі 13.19 [1, с. 266]

; (29)

де Ш1 — коефіцієнт, який визначається по графіку на Рисунок. 13.15[1, с. 267, у залежності від параметра K

; (30)

тоді Ш1=0,042.

j — коефіцієнт, який визначається по формулі

(31)

де SE — еквівалентна товщина втулки фланця, м.

Для фланця, який приварений в стик, SE визначається по формулі 13.17 [1, с. 266],

SE = чSo; м (32)

де So — мінімальна товщина втулки фланця, м.

м (33)

м чкоефіцієнт, який визначається по графіку на Рисунок — 13.13[1, с. 266], у залежності від параметрів в та X, або розраховується:

;

де S1 — більша товщина втулки фланця, м,

м (34)

Тоді

(35)

де? — висота буртику фланця, м (див. Рисунок — 4)

? = Н — h = 0.135 — 0.07 = 0,065 м;

Розраховуємо:

Визначаємо ч .

Визначаємо еквівалентну товщину втулки фланця

SE =1.45 • 0.014 = 0.0203, м.

Розраховуємо:

л — коефіцієнт, який визначається по формулі

(36)

Розраховуємо безрозмірний параметр щ:

е) Визначаємо кутову піддатливість фланця по формулі 13.20[1,с.269],

Уф =, (37)

де Ш2 — коефіцієнт, який визначається по Рисунок — 13.17[1, с. 268], у залежності від К = 1,084.

Ш2? 25

Eф — модуль поздовжньої пружності матеріалу фланця при розрахунковій температурі фланця tф = 100? С:

EФ = Е = 1,95 • 105 МПа Розраховуємо:; 1/МН•м ж) Визначаємо лінійну піддатливість прокладки по формулі 13.23[1, с. 269],

;

(38) де Sn — товщина прокладки, м, яка визначається по табл. 13.14[1].

Для прокладки з пароніту Sn =0,002 м.

En — модуль поздовжньої пружності прокладки, який залежить від матеріалу прокладки та вибирається по табл. 13.28[1, с. 265].

Для плоскої прокладки з паротиту Еn = 2000 МПа.

Розраховуємо:; ,

и) Визначаємо лінійну піддатливість болтів по формулі 13.26[1, с. 270],

перемішуючий пристрій потужність міцність

;, (39)

де ?Б — розрахункова довжина болта, м, яка визначається по формулі 13.24 [1, с. 270],

?Б = ?Бо + 0,28d; м, (40)

де ?Бо — довжина болта між опорними поверхнями головки болта та гайки, м.

Згідно Рисунока — 4 даного розрахунку

?Бо = 2h + Sn = 2 • 0.07 + 0.002 = 0.142 м;

Тоді

?Б = 0,142 + 0,28 • 0,024 = 0,149 м;

ЕБ — модуль поздовжньої пружності для матеріалу болтів при розрахунковій температурі болтів tБ = 970С.

Для сталі 35 по табл. 19 Додаток 4[3.2, с. 70],

ЕБ97 = 1,9•105 МПа;

fБ — площа поперечного перерізу болтів, яка визначається по табл. 13.27 [1, с. 264], у залежності від dБ = М24

fБ = 3,4 • 10−4 м2.

ZБ — кількість болтів,

ZБ = Z = 88.

Розраховуємо: ;

к) Визнаємо коефіцієнт жорсткості фланцевого з'єднання по формулі 13.27[1, с. 270],

б = А[уБ + 0,25(В1 +В2)(DБ — Dп.ср.)]; (41)

де 2; (42)

У разі, коли фланці одинакові та виконані з одного й того ж матеріалу

Уф1 = УФ2 = УфB1 = B2 = B

Тоді:

; (43)

В = Уф (DБ — D — SE) = 0,039 (2,335 — 2,2 — 0.0203) = 0,0045;

Розраховуємо коефіцієнт жорсткості

б = 11 023 [0,268 + 0,25? 2? 0,0045· (2,335 -2,281)] = 1,35

л) Визначаємо розрахункові параметри m та q прокладок по табл. 13.28 [1, с. 265].

Для плоскої паронітової прокладки

m = 2,5; q = 20 МПа.

м) Визначаємо безрозмірний коефіцієнт г для з'єднань з фланцями, які приварюються, по формулі 13.28[1, с. 270],

г = А • УБ = 11 023 • 0,268 = 0,295. (44)

Розрахунок навантажень фланцевого з'єднання.

Навантаження від дії внутрішнього тиску визначаємо по формулі 13.30 [1, с. 270],

Qg = 0.785 • Dп.ср.2 • р = 0,785 • 2,2812 • 0,1 = 1,02 МН. (45)

Реакція прокладки у робочих умовах визначається по формулі 13.31 [1, с. 270],

Rn= 2 • р • Dп.ср. • bE • m • p = 2 • 3.14 • 2,281 • 0.0085 • 2,5 • 0.1 = 0.076 МН. 46)

Зусилля, яке виникає від температурних деформацій, для фланців, які приварені та виконані з однакового матеріалу, визначається по формулі 13.32 [1, с. 271],

Qt = г • ZБ • fБ • EБ (бф • tф — бБ • tБ), МН (47)

де бф, бБ — коефіцієнти лінійного розширення матеріалів, відповідно, фланців та болтів.

По табл. 18 Додаток 3 [3.2, с. 69], визначаємо:

бф = 12,6 • 10−6 ?С-1; (матеріал 12Х18Н10Т, tф = 100? С).

бБ = 12,6 • 10−6 ?С-; (матеріал Сталь 35, tБ = 97? С).

Розраховуємо:

Qt= 0,295 • 88 •3,4 • 10−4 • 1,92•105(12,6 • 10−6 • 100 — 12,6 • 10−6 • 97) = 0.26 МН Болтове навантаження в умовах монтажу (до подачі внутрішнього тиску) визначається по формулі 13.35[1, с. 271], з вираховуванням тиску

Р? 0,6 МПа.

б? Qg + Rn;

РБ1 =max р? Дn. cp?bE ?q;; МН (48)

0,4[уБ]20 ?ZБ?ѓБ;

РБ1 = б • Qg + Rn = 1,35•1,02 + 0.076 = 1,45МН;

РБ1 = р • Dп.ср. • bE • q = 3.14 • 2,281 • 0.0085 • 20 =1,22 МН РБ1 = 0,4 • [уБ]20 • ZБ • fБ = 0,4 • 130 • 88 • 3,4 • 10−4 = 1,55 МН;

Заключно приймаємо максимальне значення

РБ1 = 1,55 МН, Болтове навантаження у робочих умовах визначаємо по формулі 13.36 [1, с. 271],

РБ2= РБ1 + (1 — б) Qg + Qt = 1,55 + (1 — 1,35) 1,02 + 0.26=1,45 МН. (49)

Перевірка виконання умов міцності фланцевого з'єднання.

Умови міцності болтів визначаються по формулам 13.39 [1, с. 271],

(50)

; МПа;51,8 МПа < [у]Б20 = 130 МПа;

; МПа; 46,8 < [у]Б97 = 126 МПа Умова міцності болтів виконується.

Умова міцності прокладки визначається по формулі 13.40[1, с. 272],

g =; МПа, (51)

де [g] - параметр, МПа, який визначається по табл. 13.28. 1, с. 265], Для плоскої паронитової прокладки

[g] = 130 МПа;

g = МПа;

g <[g]

Умова міцності прокладки виконується.

5.9 Розрахунок опор апарата

Розрахункові параметри.

Об'єм апаратаV =10,0 м³.

Внутрішній діаметр обичайки корпусуD = 2,2 м.

Виконавча товщина стінки обичайкиS = 0,006 м.

Матеріал оболонки — ВСmЗсп3.

Матеріал опори — ВСmЗnc2.

Внутрішній надлишковий тиск середовища у корпусі - Р = 0,1МПа.

Температура середовища у оболонці - t = 1000C.

Густина середовища с = 1,4 т/м3= 0,014 МН/м3.

Потужність рушію — N = 5,5 квт.

Частота обертання перемішуючого пристрою — n=50об/хв.=0,83обс.

Маса апаратаРап= 5800 кг = 0,058 МН.

Рисунок 5 Рисунок 6

Розрахункове навантаження, яке діє на одну опору — лапу визначається по формулі: 14.1[1], с. 291,

Q = (52)

де Р — максимальне осьове навантаження апарата, МН;

Р = Рап. + Рзав.+ Рдод.; МН, (53)

де Рзав.- реакційна маса, яка завантажується у апарат, МН.

Рзав. = V•с + Pт; МН, (54)

де Рт — реакційна маса, яка присутня у трубах, приєднаних до апарата, МН.

Приймаємо: Рт? 200 кг? 0,002мн.

Рзав.=10,0?0,014 + 0,002 = 0,142 МН;

Рдод. — маса теплоізоляції та частково трубопроводів та арматури, МН.

Приймаємо: Рдод.= 0,004МН.

Розраховуємо: Р = 0,058 + 0,142 + 0,004 = 0,244МН.

Мкрутячий момент на валу мішалки.

М = 0,0896 (55)

Z — кількість опор апарата. Приймаємо, враховуючи установку на перекриття реакційного відділення, Z =4.

л1 та л2 — коефіцієнти, які враховують нерівномірність навантаження на опори та вибираються по таблиці на с. 291[1]

При Z = 4, л1 =1, л2 =1.

е — відстань від середини стінки обичайки до вісі дії реакції опори Q (див. Рисунок 7)

е = 0,5 (в + ѓmax + S0 + Sn); м, (56)

де в — виліт опори, м;

ѓmax — максимальна відстань між стінкою обичайки та будівельною конструкцією, на яку спирається опора, м;

Для визначення параметрів «в «та «ѓmax «необхідно розрахувати орієнтоване попереднє навантаження на одну опору. У випадку, коли Z =4, визначаємо

Qn =

По таблиці 14.1 [1], с. 275, вибираємо, ближчу більшу стандартну опору, це Q = 100,0кн, тип ІІ, та у цій же таблиці знаходимо відповідні - в = 0,52 м; ѓmax=0,28 м.

S0 — товщина стінки оболонки у кінці строку служби, м;

S0 = S — С С1; м, (57)

де S — виконавча товщина стінки оболонки, м; S = 0,006 м;

С — прибавка для компенсації корозії, оболонки, м; с = 0,001 м;

С1 — додаткова прибавка на інші витрати стінки.

У розраховуємого апарата витрат стінки оболонки, крім корозії з внутрішньої сторони стінки не існує тому С1 =0.

S0 = 0,006 — 0,001 = 0,005 м.

Sн — товщина накладного листа, м.

Попередньо розраховуємо опору, яка не має накладного листа Sн =0.

Знаходимо: е = 0,5 (0,52 + 0,28 + 0,005+0) = 0,4035 м.

Розраховуємо: Q =

По табл. 14.1 вибираємо ближчу більшу стандартну опору — Q = 63кН:

Опора ІІ- 6300 ОСТ 26−665−79.

Перевірка міцності стінки оболонки під опорою — лапою без накладного кільця.

Осьове напруження від внутрішнього тиску та згинаючого моменту визначається по формулі 14.2[1], с. 291,

(58)

Окружне напруження від внутрішнього тиску визначається по формулі 14.3[1], с. 291,

(59)

Максимальне мембранне напруження від основних навантажень визначається по формулі 14.4 [1], с. 291,

уmOx;

уmO = max уmOу. МПа (60)

уmOx = 16,12 МПа; уmOу =22 МПа.

Заключно вибираємо максимальне значення: уmO =22 МПа.

Максимальне мембранне напруження від основних навантажень та реакції опори визначається по формулі 14.5 [1]с., 291,

уm=уmO+ МПа, (61)

де К1 — коефіцієнт, який залежить від параметрів г, та типу опориІІ і визначається по графіку на Рисунок 14.6[1], с. 272.

Параметри:

а) г (62)

б) (63)

де h — висота підпори, яка вибирається по табл. 14.1[1], с. 275.

Для Q = 63кН, ІІ тип, h = 0,47 м;

Тоді

Вибираємо: К1 = 0,65.

Знову по таблиці 14.1 вибираємо для прийнятої опори параметри в = 0,38 м; та ѓmax =0,21 м та перераховуємо розмір е:

е = 0,5 (в +ѓmax + S0 +Sn) = 0,5 (0,38 + 0,21+ 0,005 +0) = 0,2985 м.

Розраховуємо: уm = 22 ±

а) уm= 22 +133,61 = 155,61 МПа;

б) уm= 22 -133,61 = 131,64 МПа.

Приймаємо більше по абсолютному значенню напруження уm =155,61 МПа.

Максимальне напруження вигину від реакції опори визначається по формулі 14.6[1], с. 291,

уи = МПа, (64)

де К2- коефіцієнт, який залежить від параметрів г, типу опори та вибирається згідно графіка на Рисунок.14.7[1], с. 299, К2 = 0,52.

Розраховуємо: уи = ;

Перевірка умови міцності стінки обичайки під опорою-лапою.

Умова міцності визначається по формулі 14.7 [1], с. 292,

(65)

де ут — границя міцності на розрив для матеріалу стінки оболонки ВСmЗcn3 при товщині стінки оболонки S = 0,006 м, визначається по табл. 3.5 [1]с.39

уT= 250 МПа;

А — коефіцієнт, який залежить від умов навантаження апарата.

При умові експлуатації апарата, А =1,0.

Розраховуємо: ;

Умова міцності не виконується. Необхідний накладний лист.

Перевірка міцності стінки оболонки під опорою — лапою з накладним листом.

Максимальне мембранне напруження від основних навантажень і реакції опори визначається по формулі 14.9[1], с. 293,

уm = уmO± МПа, (66)

де К3 — коефіцієнт, який залежить від параметрів г, та типу опори і визначається по графіку на Рисунок. 14.8[1], с. 293,

Н — висота накладного листа, яка визначається по табл.14.2[1], с. 276, у залежності від прийнятого стандартизованого значення та типу опори.

Для Q = 63кН та типу ІІ

Н = 0,62 м; ;

г = 171,43

К3 = 0,4

Перераховуємо параметр е: е = 0,5 (в+ ѓmax +S0 + Sн); м, де Sн — попередня товщина накладного листа, яка також визначається по табл.14.2.

Sн =0,01 м;

е = 0,5 (0,38 + 0,21+ 0,005 + 0,01) = 0,3035 м Розраховуємо:

уm=22 + 94,26 = 116,26 МПа;

уm=22 — 94,26 =-72,26 МПа;

Вибираємо більшу по абсолютному значенню величину: уm=116,26 МПа.

Максимальне напруження вигину від реакції опори визначається по формулі 14.10[1], с. 294,

МПа, (67)

де К4 -коефіцієнт, який залежить від параметрів г, та типу опори і визначається по графіку на Рисунок. 14.9[1], с. 293,

К4 =0,23.

Розраховуємо:

Умова міцності стінки обичайки від опори з накладним листом також визначається по формулі 14.7[1], с.292

1;

0,67<1;

Умова міцності виконується.

Визначення заключної товщини стінки накладного листа.

Товщину накладного листа визначаємо по формулі 14.11[1]с.294,

Sn =; м, (68)

де К5 — коефіцієнт, який залежить від параметрів г, та типу опори і визначається по графіку на Рисунок. 14.10[1], с. 294.

К5 = 0,32

Розраховуємо: Sн =

Заключно приймаємо: Sн = 0,01 м.