Реферат по предмету "Промышленность, производство"


Расчет химического реактора

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
 
 

Передрасчетом определимся с выбором конструкционного материала в зависимости отнеобходимой химической стойкости. По табл.III.19. «Нержавеющие стали, сортамент, свойства и областиприменения» [1] выбираем листовую сталь марки 03Х18Н11. Сварные соединения  изэтой стали, обладают высокой стойкостью против МКК в средах окислительногохарактера, не подвержены ножевой коррозии. Используется для сварногооборудования емкостного, теплообменного и трубопроводов. Применяется от  -253до +610 °С.
Разрушающеедействие среды на материал учитываем введением прибавки С к номинальной толщинедетали:
С=П∙τа,
где τа– амортизационный срок службы аппарата (принимаем τа =20 лет);
П –коррозионная проницаемость, мм/год. По табл.III.21. «Коррозионная стойкость аустенитных иаустенитно-ферритных нержавеющих сталей» [1] принимаем П=0,025 мм/год.
С=П∙τа=0,025∙20=0,5мм

1.   РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙКРЫШКИ
АППАРАТА
 
Расчеттолщины стенки эллиптической крышки, нагруженного избыточным внутреннимдавлением.
Толщинустенки 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
Принимаемтолщину крышки s1 = 16 мм.
Допускаемоевнутреннее избыточное давление рассчитаем по формуле (54) [2]:
/>1,5564 МПа
Проведемпроверку на необходимость укрепления отверстия для штуцера.
Согласноформуле (26) [3]
/>0,1303 м
где Dp=2D=2∙2=4 м при х=0 согласно (5) [3].
Толщинустенки крышки, при которой не требуется укрепление отверстия, определим подбором:
/>0,5498 м.
Исполнительнаятолщина крышки аппарата принимается s1=25 мм.
Допускаемоевнутреннее избыточное давление:
/>2,4546 МПа
СогласноГОСТ 6533-78 по таблице 7.2 [7] принимаем h1=60 мм.
Проведемпроверочный расчет по п. 3.3.1.4. [2]:
0,8/>=0,8∙/>177,09>h1.
Согласноусловиям п. 3.3.1.4. [2] принимаем толщину стенки 25 мм.
Расчеттолщины стенки эллиптического днища, нагруженного избыточным наружным давлением.
Наружноеизбыточное давление принимаем равным атмосферному р=0,101 МПа, при абсолютномдавлении внутри аппарата 0 МПа.
Толщинустенки днища рассчитываем по формулам (56)-(58) [2]
/>;
/>,
где Кэ=0,9 дляпредварительного расчета [2].
/>{0,0040;0,0009}=4,0 мм.
Дальнейший расчетпроводим из условия толщины стенки s1=25 мм.
          Определимдопускаемое наружное давление по формуле (58) [2]:
/>
где допускаемое давление[p]п из условия прочности:
/>2,73 МПа,
допускаемое давление [p]Е из условия устойчивостив пределах упругости:
/>3,73 МПа,
где Кэ=/>0,91,
 />0,18.
Допускаемое наружноедавление:
/>1,78 МПа
Проверяем условие />:
/>  — условие соблюдается.
Принимаем эллиптическоеднище с отбортовкой h1=60 мм толщиной стенки s1=25 мм по ГОСТ 6533-78.

2.   РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ СФЕРИЧЕСКОГОДНИЩА
КОРПУСА
Толщину стенкисферического 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+ ρgh=1,47∙106+1000∙4,1∙9,81=1,51МПа; р – давление внутри аппарата – 1,47 МПа, ρ=1000 кг/м3 – плотность воды пригидроиспытании аппарата, h=L1+L2+Lк+0,5D0=1200+1800+300+0,5∙1600=4100мм.
Толщина стенки с надбавкой:
s1р = 6+0,5=6,5 мм;
Таким образом, по [4]принимаем толщину стенки />8 мм
Допускаемое внутреннее избыточноедавление рассчитываем по формуле:
/>
/>1,881 МПа
Проверяем условие />:
/>  — условие соблюдается.
В результатепроизведённых расчётов и полученной толщины сферического днища корпуса аппаратапод внутренним давлением принимаем толщину сферического днища 8 мм.
СогласноГОСТ 6533-78 по таблице 7.2 [7] принимаем длину отбортованной части днища h1=40 мм.
Проведемпроверочный расчет по п. 3.3.1.4. [2]:
0,3/>=0,3∙/>32,86
Согласноусловиям п. 3.3.1.4. [2] принимаем толщину стенки равной толщине обечайки,рассчитанной в п. 3.2 – 12 мм.
Расчеттолщины стенки полусферического днища, нагруженного избыточным наружным давлением.
Наружноеизбыточное давление принимаем равным атмосферному р=0,101 МПа, при абсолютномдавлении внутри аппарата 0 МПа.
Толщинустенки днища рассчитываем по формулам (56)-(58) [2]
/>;
/>,
где Кэ=1,0 дляпредварительного расчета [2].
/>{0,0018;0,0004}=1,8 мм.
Дальнейший расчетпроводим из условия толщины стенки s1=12 мм.
          Определимдопускаемое наружное давление по формуле (58) [2]:
/>
где допускаемое давление[p]п из условия прочности:
/>3,20 МПа,
допускаемое давление [p]Е из условия устойчивостив пределах упругости:
/>4,25 МПа,
где Кэ=1[черт. 13; 2],
Допускаемое наружноедавление:
/>2,04 МПа
Проверяем условие />:
/>  — условие соблюдается.
Принимаем полусферическоеднище с отбортовкой h1=40 мм толщиной стенки s1=12 мм по ГОСТ 6533-78.
Проведемпроверку на необходимость укрепления отверстия для штуцера.
Согласноформуле (26) [3]
/>0,3029 м
где Dp=2R=D=1,6 м (7) [3].
Исполнительнаятолщина днища аппарата принимается s1=12 мм.
 

3.   РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ОБЕЧАЕКРЕАКТОРА
3.1.Расчет цилиндрической обечайки диаметром 2000 мм
Толщину стенки рассчитываем по формулам 8 и 9 [2]:
s ³ sР+с
где />
где sР –расчетная толщина стенки, мм;
      p – внутреннее избыточное давление (внашем случае оно равно давлению внутри аппарата p =15 кг/см2 = 1,47 МПа);
     D – диаметр обечайки (D =2 м);
     [s] – допускаемое напряжение прирасчетной температуре, МПа;
     φр –расчетный коэффициент прочности сварного шва.
Принимаем видсварного шва – стыковой с двусторонним сплошным проваром, выполняемыйавтоматической и полуавтоматической сваркой. По табл.20 приложения 5 [2] найдемзначение коэффициента прочности φр =1,0.
/>0,0132 м
s = 13,2+0,5 =13,7мм
Принимаемтолщину стенки s = 16 мм (см. п. 2).
Допускаемоеизбыточное внутреннее давление будет равным (формула 10 [2]):
/>1,72 МПа.
Определимдопускаемое наружное давление по формуле 13 [2]:
/>
гдедопускаемое давление из условий прочности определяем по формуле 14 [2]:
/>1,72 МПа
Допускаемоедавление 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
Принимаемтолщину стенки корпуса s=16мм.
Расчётцилиндрической части корпуса нагруженной осевыми усилиями.
Толщинастенки обечайки нагруженной осевым растягивающим усилием должна соответствоватьусловию:
/> 
где />0,0066 м
Осевоерастягивающее усилие:
/>4,62 МН.
Допускаемоеосевое растягивающее усилие:
/>
=10,82 МН ≥4,62 МН.
Условия s≥sp+c и [F]≥F выполняются.
Осевоесжимающее усилие рассчитываем по формуле (21) [2]:
/>
Допускаемоеосевое сжимающее усилие:
— из условияпрочности (22) [2]
/>3,14∙(2+0,016-0,0005)∙(0,016-0,0005)∙112=10,99МН
— в пределахупругости из условия устойчивости (23) [2]
[F]Е =min{[F]E1;[F]E2}
но приусловии  l/D=4,374/2,0=2,187
тогда [F]E1  находим по формуле (24) [2]
/>
/>51,91 МН
с учетомобоих условий по формуле (21) [2]:
/>=/>10,75МН
Осевоесжимающее усилие – это усилие прижатия днища к обечайке атмосферным давлением,которое может быть рассчитано (Приложение 3 «Пример расчета аппарата»[5]):
F=0,25∙π∙(D+2s)2∙p=0,25∙3,14∙(2,0+2∙0,016)2∙0,101=0,33 МН
Так какобечайка корпуса при атмосферном давлении и отсутствия давления внутри аппаратаработает под совместным действием наружного давления 0,1 МПа и осевогосжимающего усилия F, должновыполняться условие устойчивости:
/>
Проверяемусловие устойчивости:
/>0,29≤1
Устойчивостьобечайки корпуса с толщиной стенки 16 мм выполняется.
Принимаемтолщину стенки обечайки s=16мм.
 
3.2.Расчет цилиндрической обечайки диаметром 1600 мм
Толщину стенки рассчитываем по формулам 8 и 9 [2]:
s ³ sР+с
где />
где sР –расчетная толщина стенки, мм;
      p – внутреннее избыточное давление (внашем случае оно равно давлению внутри аппарата p =15 кг/см2 = 1,47 МПа);
     D – диаметр обечайки (D =1,6 м);
     [s] – допускаемое напряжение прирасчетной температуре, МПа;
     φр –расчетный коэффициент прочности сварного шва.
Принимаем видсварного шва – стыковой с двусторонним сплошным проваром, выполняемыйавтоматической и полуавтоматической сваркой. По табл.20 приложения 5 [2] найдемзначение коэффициента прочности φр =1,0.
/>0,0106 м
s = 10,6+0,5=11,1мм
Принимаемтолщину стенки s = 12 мм.
Допускаемое избыточное внутреннее давление будет равным (формула10 [2]):
/>1,60 МПа.
Определимдопускаемое наружное давление по формуле 13 [2]:
/>
гдедопускаемое давление из условий прочности определяем по формуле 14 [2]:
/>1,60 МПа
Допускаемоедавление 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
Принимаемтолщину стенки корпуса s=12мм.
Расчётцилиндрической части корпуса нагруженной осевыми усилиями.
Толщинастенки обечайки нагруженной осевым растягивающим усилием должна соответствоватьусловию:
/> 
где />0,0057 м
Осевоерастягивающее усилие:
/>3,22 МН.
Допускаемоеосевое растягивающее усилие:
/>
=7,65 МН ≥3,22 МН.
Условия s≥sp+c и [F]≥F выполняются.
Осевоесжимающее усилие рассчитываем по формуле (21) [2]:
/>
Допускаемоеосевое сжимающее усилие:
— из условияпрочности (22) [2]
/>3,14∙(1,6+0,012+0,0005)∙(0,012-0,0005)∙112=6,52МН
— в пределахупругости из условия устойчивости (23) [2]
[F]Е =min{[F]E1;[F]E2}
но при условии l/D=4,374/1,6=2,73
тогда [F]E1  находим по формуле (24) [2]
/>
/>27,52 МН
с учетомобоих условий по формуле (21) [2]:
/>=/>6,34 МН
Осевоесжимающее усилие – это усилие прижатия днища к обечайке атмосферным давлением,которое может быть рассчитано (Приложение 3 «Пример расчета аппарата»[5]):
F=0,25∙π∙(D+2s)2∙p=0,25∙3,14∙(1,6+2∙0,012)2∙0,101=0,21 МН
Так какобечайка корпуса при атмосферном давлении и отсутствия давления внутри аппаратаработает под совместным действием наружного давления 0,1 МПа и осевогосжимающего усилия F, должновыполняться условие устойчивости:
/>
Проверяемусловие устойчивости:
/>0,90≤1
Устойчивостьобечайки корпуса с толщиной стенки 12 мм выполняется.
 

4.   РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОНИЧЕСКОЙОБЕЧАЙКИ
РЕАКТОРА И НЕТОРОИДАЛЬНОГО ПЕРЕХОДА
 
4.1 Расчетныепараметры
Расчетныедлины для нетороидальных переходов (рис. 1) рассчитываем по формулам:
/>, />
/>
Рис. 1.Соединение цилиндрической и конической обечаек.
Расчетныйдиаметр гладкой конической обечайки с нетороидальным переходом
/>.
Расчетныйкоэффициент сварных швов по табл. 4 [2]
/>/>
Толщинастенки конической обечайки
/>
где />
4.2. Толщинастенки нетороидального перехода
Толщинастенки перехода определяется по формуле (108) [2]
/>,
где /> [(109) 2].
Коэффициентβ3 определяем по формуле (97) [2]
/>
гдекоэффициент β=1,45 находим по черт. 27 [2] при условиях /> и />0,013;
Толщинастенки
/>0,020 м, тогда s2=20+0,5=20,5 мм.
Принимаем s1=s2=22 мм
Допускаемоевнутреннее избыточное давление из условия прочности переходной части
/>1,65 МПа.
Допускаемоенаружное избыточное давление из условия прочности переходной части
/>0,64 МПа.
гдекоэффициент β=3,75 находим по черт. 27 [2] при условиях /> и />0,001;
Условиепрочности выполняется.
Расчетныедлины нетороидального перехода
/>0,17 м
/>0,15 м
4.3. Толщинастенки конической обечайки
/>
/>0,0171 м
/>1,832 м.
согласноусловию />=17,1+0,5=17,6 мм принимаемтолщину стенки конической обечайки sк=0,018 м
Допускаемоевнутреннее избыточное давление определяем по формуле (87) [2]
/>2,38 МПа
Согласноусловиям п. 5.2.7 [2] принимаем толщину стенки нетороидольного перехода 22 мм.
Толщину стенки обечайки, нагруженную избыточным наружным давлениемв первом приближении определяем по п. 2.3.2.1. [2] согласно п. 5.3.2.2. [2].
s ³ sР+с,
где />
Коэффициент К2=0,15 определяем по номограмме черт.5 [2];
при />0,53; />0,12,
где />0,283м,
/>=
/>
=max{2,427; -10,851}=2,427м
/>max{0,004; 0,0012}=0,004м.
Толщинастенки s ³ sР+с=4+0,5=4,5мм, исполнительная толщина стенки принимается s=22 мм
Допускаемоенаружное давление определяем по формуле:
/>,
гдедопускаемое давление из условия прочности
/>1,84 МПа;
и допускаемоедавление из условия устойчивости
/>,
/>10,43 МПа
где />,
/>86,11
значит,выбираем B1 = 1.
/> 1,81 МПа
Толщинастенки конической обечайки, нагруженной осевыми усилиями
sк ³ sкр+с
где sкр=/>0,0005 м.
Допускаемаяосевая растягивающая сила (п.5.4.1.[2])
/>8,55 МН
Допускаемаяосевая сжимающая сила (п. 5.4.2. [2])
/>
гдедопускаемая осевая сила из условия прочности
/>14,82 МН
и допускаемаяосевая сжимающая сила из условия устойчивости в пределах упругости
/>
/>49,95 МН
где />2,772м.
Соединениеобечаек без тороидального перехода
Допускаемаяосевая растягивающая или сжимающая сила перехода из условий п.5.4.3.[2]
/>
гдекоэффициент формы β5=max{1,0;(2β+1,2)}.
По диаграммечерт. 28 [2] β=1,5, тогда β5=2∙1,5+1,2=4,2
/>3,60053 МН.
Проверяемусловие устойчивости:
/>
/>0,11≤1
Устойчивостьперехода с толщиной стенки 12 мм выполняется.

5. РАСЧЕТ МАССЫАППАРАТА И ПОДБОР ОПОР
Массу аппарата определяемкак массу корпуса аппарата и массу воды, заливаемой для гидравлическогоиспытания аппарата.
5.1.     Масса корпусааппарата
5.1.1. Масса крышки соштуцером и фланцами
Площадь поверхностикрышки Fк=4,71 м2 (табл. 7.2 [7]).
Мк=Fк∙s∙ρ=4,71∙0,025∙7850=924,34кг
Массу штуцера и фланцапринимаем 45 кг
Масса фланца крышки Мфк=(3,14∙2,1852∙0,1/4-3,14∙22∙0,1/4)∙7850=477,10кг.
Общая масса М1=924+45+477=1446кг
5.1.2. Масса обечайкидиаметром 2000 мм
Мо2000=(3,14∙2,0322∙1,2/4-3,14∙22∙1,2/4)∙7850=954,09кг.
Масса фланца обечайки Мфо=Мфк=477 кг
Общая масса М2=954+477=1431кг
5.1.3. Масса коническойобечайки
Мок=/>1185,64 кг
5.1.4. Масса обечайкидиаметром 1600 мм
Мо800=(3,14∙1,6242∙1,8/4-3,14∙1,62∙1,8/4)∙7850=858,26кг.
5.1.5. Масса днища соштуцером и фланцем
Площадь поверхности днищаFд=2,15 м2 (табл. 7.8 [7]).
Мд=Fд∙s∙ρ=2,15∙0,012∙7850=202,53кг
Массу штуцера и фланцапринимаем 20 кг
Общая масса М5=202+20=222кг
Общая масса аппаратаМ=1446+1431+1186+858+222=5143 кг
5.2. Объем аппарата
5.2.1. Объемэллиптической крышки примем как объем сферической крышки
V1=2∙3,14∙13/3=2,09 м3
5.2.2. Объем обечайкидиаметром 2000 мм
Vо2000=3,14∙22∙1,2/4=3,77м3.
5.2.3. Объем коническойобечайки
Vок=/>3,06 м3
5.2.4. Объем обечайкидиаметром 1600 мм
Vо1600=3,14∙1,62∙1,8/4=3,62м3.
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=14420кг
Общая масса аппаратаМ=5143+14420=19563 кг
Принимаем округленно 20000 кг
5.3. Подбор опор аппарата
Сила с которой аппаратвоздействует на опоры
Qо=20000∙9,81=196200 Н
Принимаем количество опордля 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 ОСТ26-665-79 имеет следующие типоразмеры, ммQ, 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 ОСТ26-665-79, мм
/>
Н=490; В=300; с=24; sн=16.
Принимаем: Накладной лист1-6300-16 ОСТ 26-665-79.
Используемаялитература
1.        Конструкционныематериалы: 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.: Издательствостандартов,1989. — 79с.
3.        ГОСТ 24755-89Сосуды 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 природоохранногооборудования: Справочник. Т.1. – Калуга: Издательство Н.Бочкаревой, 2002. -852с.
5.        Михалев М.Ф. идр. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примерыи задачи. -  Л.: Машиностроение, 1984. -301 с.
6.        К.Ф.Павлов,П.Г.Романков, А.А.Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратовхимической 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 дляхимических и нефтехимических производств. – Л.: Машиностроение, 1988. -303 с.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.