Реактор для агрессивной среды

Задание на курсовой проект

Номинальная емкость аппарата V_АП = 10 м³.

Рабочее давление в аппарате Р = 0,35 МПа.

Рабочее давление в рубашке Р = 0,15 МПа.

Рабочая температура в аппарате t = +50 °С.

Рабочая температура в рубашке до +150 °С.

Рабочая среда в аппарате: 98% Н₂SO₄

Темой курсовой работы является реактор для агрессивной среды, который относится к типовой химической аппаратуре.

Химические аппараты предназначаются для осуществления в них химических, физических или физико-химических процессов, а также для хранения или перемещения в них различных химических веществ.

Аппараты в химической промышленности делятся на три вида: емкостные, теплообменные и колонные. Очевидно, что аппарат относится к емкостным.

Емкостные аппараты, представляющие собой цилиндрические горизонтальные и вертикальные (при соотношении высоты к диаметру Н / D 5) сосуды с внутренними устройствами или без них, предназначены для осуществления в них различных химико-технологических процессов, а также для хранения различных химических веществ, чаще всего в жидком или газообразном состоянии.

Основным общим критерием для всех емкостных аппаратов является их вместимость, номинальное значение которой независимо от положения, размеров и рабочих параметров аппарата выбирается из унифицированного ряда по ГОСТ 9931– — 79.

Емкостные аппараты с различными рабочими параметрами могут быть цельносварными или с отъемными крышками, с рубашками для нагрева или охлаждения, с различными специальными внутренними устройствами, соответствующими их назначению.

Все аппараты наряду с наличием у них своих специфических устройств, как правило, состоят из основных элементов и узлов: цилиндрического корпуса, днища, крышки, штуцеров (для присоединения трубной арматуры), устройств для присоединения контрольно-измерительных приборов, люков, опоры, сварных и фланцевых соединений, строповых устройств. [1]

В связи с тем, что среда в реакторе агрессивная, в процессе конструирования необходимо подобрать соответствующий материал, из которого должны изготовляться детали аппарата, что будет сопряжено с определенными трудностями и экономическими затратами.

После анализа выше изложенного можно сделать вывод, что, данный аппарат относится к цельносварным емкостным вертикальным аппаратам.

Целью и основной задачей данной работы является определение основных параметров реактора для агрессивной среды. Для этого необходимо рассчитать основные элементы аппарата на внутреннее и наружное давление, подобрать опоры, рассчитать рубашку и фланцы.

1. Описание конструкции и принципа действия аппарата

Темой данной курсовой работы является реактор для агрессивной среды номинальной емкостью 10 м³. Аппарат представляет собой вертикальный цилиндрический корпус 1 с эллиптической крышкой 2 (01.020.00) и днищем 5. Снаружи реактор снабжен рубашкой 4 (01.040.00) для обогрева паром с установленными в ней патрубками для подачи и отвода пара. В крышке 2 установлены патрубки для систем контроля за температурой и давлением. К эллиптической крышке 2 (01.020.00) аппарата приварен патрубок для подачи сырья. Также в эллиптической крышке 2 (01.020.00) смонтирован люк для ремонта и обслуживания аппарата. Внутри аппарата на вертикальном валу размещается якорная мешалка, привод которой осуществляется от электродвигателя КОФ 31−6 мощностью 20 кВт через вертикальный двухступенчатый редуктор ВД-VII. Редуктор крепится на стойке, расположенной на крышке аппарата. На нижнем днище смонтирован спускной клапан. Рабочее давление в аппарате 0,35 МПа, в рубашке — 0,15 МПа. Рабочая температура в рубашке до +150 С. В данной конструкции удачно решен узел фланцевого соединения корпуса аппарата с крышкой. Вместо кованых фланцев из дорогостоящей стали Х25Т, из которой изготавливаются детали, контактирующие с агрессивной средой, здесь применены фланцы из углеродистой стали 3, соединяемые с обечайками корпуса и крышки сваркой. Сырье подается в аппарат через загрузочный люк, встроенный в эллиптическую крышку. Внутри аппарата реагент смешивается мешалкой до определенного состояния, а затем выходит через спускной клапан, встроенный в эллиптическое днище. Температура в аппарате поддерживается за счет подачи и отвода насыщенного водяного пара в рубашке. Постоянный контроль за температурой и отбор проб осуществляется за счет встроенных в эллиптическую крышку специальных патрубков.

2. Выбор конструкционного материала

Аппарат предназначен для работы с различными веществами при температуре — 50⁰С и среде — 98% Н₂SO₄. Так как детали аппарата непосредственно контактируют с агрессивной средой, то штуцер, крышка, обечайка, днище и крышка внутреннего сосуда выполнены из высоколегированной, коррозионно-стойкой стали марки Х25Т, работающей в интервале температур от -100 ⁰С до +300 ⁰С. Предел прочности = 450МПа. Предел текучести = 300 МПа. Модуль продольной упругости Е = 2,1510⁵ МПа.

Для рубашки аппарата выбираем углеродистую качественную сталь 3 по ГОСТ 1050–88, так как в рубашке находится неагрессивная среда — водяной пар, а следовательно нет необходимости применять дорогостоящий материал. Условие применения стали 3 находится в диапазоне температур от -40С до +200С при рабочих давлениях не более 10 МПа. Допускаемое напряжение = 140 МПа. Модуль предельной упругости Е = 1,9910⁵ МПа.

В качестве конструкционного материала для накладного кольца будем использовать тот же материал, что и для деталей аппарата.

Для фланцев принимаем углеродистую сталь 3, для опор, опорной плиты, подкладного листа принимаем СТ 20 по ГОСТ 1577–75. 2

Для болтов принимаем материал СТ 2 по ГОСТ 380– — 94 2

Прокладки для фланцев изготовить из резины по ГОСТ 7338–63[2]

В качестве материала для уплотнений принимаем паронит.

Аппарат необходимо покрасить серой эмалью ХС-710 с последующей лакировкой лаком ХС-76 по IV классу, эксплуатирующееся при воздействии растворов кислот. [2]

3. Расчет конструктивных элементов и деталей изделий

3.1 Определение геометрических размеров аппарата и исходных данных

По выбранному базовому диаметру аппарата D=1,4 м выбираем по ГОСТ 6533–78 эллиптическое отбортованное днище и эллиптическую отбортованную крышку по ОСТ 26−01−1297−75 с размерами:

Эллиптическое отбортованное днище:

D = 1,4 м — внутренний диаметр эллиптического днища;

Н_д=350•10^-3 м — высота выпуклой части днища;

h_ц=25•10^-3 м — высота цилиндрической части отбортованного днища;

V_д=0,398 м³— вместимость днища;

F_д=2,24 м² — площадь днища.

Эллиптическая отбортованная крышка:

D = 1,4 м — внутренний диаметр эллиптического крышки;

Н_кр=350•10^-3 м — высота выпуклой части крышки;

h_ц=25•10^-3 м — высота цилиндрической части отбортованного крышки;

V_кр=0,398 м³— вместимость крышки;

F_кр=2,24 м² — площадь крышки.

Определим высоту обечайки по формуле:

Н_об=V/(р^.R²) (3.1)

где V-объем обечайки, м, определяется по формуле:

V_об=V_ап — V_кр — V_дн, (3.2)

где V_ап — общий объем аппарата, м³, V_ап= 10 м³;

V_кр — объем отбортованной крышки, м³, V_кр = 0,398 м³;

V_дн — объем отбортованного днища, м³, V_дн = 0,398 м³.

Тогда по формуле (3.2) получим: _об= 10 — 0,398 — 0,398= 9,204 м³.

Тогда по формуле (3.1) получим: Н_об=9,204/(3,14^.0,7²)=5,979 м.

Для принятого материала Х25Т определим допускаемое напряжение по формуле:

= min {/n_в; / n_Т}, (3.3)

где n_в, n_Т — соответственно коэффициенты по пределу прочности и пределу текучести. По таб. 1.7 определим n_в = 2,4, n_Т = 1,5.

= 540 МПа — предел прочности;

= 300 МПа — предел текучести.

=540/2,4=225 МПа; =300/1,5=200 МПа.

Выбираем минимальное значение и принимаем за допускаемое напряжение =200 МПа.

Для аппарата принимаем коэффициент сварного шва ц=0,9.

Определим гидростатическое давление аппарата по формуле:

P_r = сgН, (3.4)

где: с=1840 кг/м³ — плотность 98% серной кислоты;

g — ускорение свободного падения, м/с, g=9,81 м/с;

Н — высота столба жидкости, м.

Объем, на который заполняется жидкость в цилиндрической части аппарата:

V_ж=0,85V_ап-V_дн=0,8510−0,398=8,102 м³ (3.5)

По формуле (3.1) высота столба жидкости в обечайке:

Н_ц=8,102/(3,140,7²)=5,26 м Тогда по формуле (3.4) давление столба жидкости в обечайке и днище:

P_г. об. = 1840· 9,81·5,26= 0,095 МПа, Р_г. дн.=18 409,81(5,26+0,375)=0,11 Мпа.

Найдем общее давление в аппарате:

5^.0,35/100% = 0,0175 МПа.

Так как гидростатическое давление больше 5% от расчетного давления, то общее давление в аппарате найдем по формуле:

Р_общ = Р_г+P (3.6)

Р_общ.об.= 0,35+ 0,095=0,445 МПа, Р_общ.дн.= 0,35+0,11= 0,46 МПа.

Определим геометрические размеры рубашки аппарата:

По внутреннему базовому диаметру рубашки D=1,8 м. Выбираем по ГОСТ 6533–78 эллиптическое отбортованное днище с размерами:

D = 1,8 м. — внутренний диаметр эллиптического днища;

Н_д= 450^.10^-3м. — высота выпуклой части днища;

h_ц= 2^.10^-3м. — высота цилиндрической части отбортованного днища;

V_д= 0,827 м³— вместимость днища

3.2 Расчет цилиндрической обечайки под действием внутреннего избыточного давления

Толщина стенки определяется по формуле:

S S_R + c, (3.7)

S_R=, (3.8)

где p_R — расчетное внутреннее избыточное давление, МПа;

D_вн — внутренний диаметр аппарата, м;

— допустимое напряжение материала, МПа;

— коэффициент сварного шва.

S — исполнительная толщина стенки, м;

с — величина суммарной прибавки, м:

S_R — расчетная толщина стенки, м; .

S_R = м.

с = с₁ + с₂ + с₃, (3.9)

где с₁ — прибавка на коррозию, м, с₁ = n ^. =0,3^.10^-3.10=3^.10^-3 м;

где: n=0,3^.10^-3 м/год — величина коррозии в год;

ф=10 лет — время эксплуатации аппарата, т.к. среда в реакторе агрессивная.

с₂ — прибавка на эрозию, м, с₂=0;

с₃ — минусовой допуск на материал, м. Значения минусового допуска определяем по в зависимости от толщины стенки, с₃=0,18^.10^-3 м.

Подставив цифровые значения получим: с= 3+0+0,18=3,18^.10^-3 м.

Подставим полученное значение в формулу (3.7):

S 1,84· 10^-3 + 3,18· 10^-3 = 5,02· 10^-3 м.

По сортаменту принимаем толщину стенки цилиндрической обечайки S =6^.10^-3 м.

Допускаемое внутреннее избыточное давление [p], МПа, определяется по формуле:

[р] ==МПа (3.10)

При этом должно выполняться условие прочности: р_R< [p]; 0,445 МПа<0,73МПа. На этом расчет обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением заканчиваем.

3.3 Расчет цилиндрической обечайки под действием наружного давления

Определим толщину стенки обечайки S, м, нагруженной наружным давлением по формуле (3.8) и формуле:

S_R = max {K₂ D_вн 10^-2; }, (3.11)

где K₂ — коэффициент определяемый по рис. 6.3. в зависимости от коэффициентов K₁ и K₃. Их определим по зависимостям (3.12) и (3.13):

К₁ =. (3.12)

Где: Е — модуль упругости;

n_u— запас устойчивости, n_и=2,4;

Р_R — расчетное давление в рубашке;

К₃ =, (3.13)

где l_R — расчетная длина обечайки, м. Ее величина определяется по формуле (3.14):

l_R = м, (3.14)

Теперь мы можем определить коэффициенты К₃ и К₁:

К₁ =

К₃ =

По расчетной номограмме на рис. 6.3 принимаем К₂ = 1,1. Полученное значение подставляем в формулу (3.11):

S_R = 1,1•1,4•10^-2 = 15,4•10^-3 м;

S_R = м.

Принимаем за расчетное значение S_R = 15,4^.10^-3 м. По ГОСТ 5681–75 для стали марки Х25Т с расчетной толщиной стенки 15,4^.10^-3 м находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки по формуле (3.9): с = 3^.10^-3 + 0 + 0,8· 10^-3 = 3,8 м.

S 15,4^.10^-3 + 3,8•10^-3 = 19,2•10^-3 м.

По сортаменту принимаем толщину стенки обечайки S = 20^.10^-3 м.

Определим допускаемое наружное давление [p], МПа:

[р] =, (3.15)

где [р]_Р — допускаемое давление из условия прочности, МПа. Определяется по формуле (3.16);

[р]_Е — допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости, МПа. Определяется по формуле (3.17).

[р]_Р == МПа. (3.16)

[р]_Е =^; (3.17)

где: В₁ = min{1,0; 9,45^.}, (3.18)

В₁ = 9,45^.=1,89

Принимаем минимальное из значений В₁=1,0. Подставим полученное значение в формулу (3.17):

[р]_Е=•=0,578МПа Подставим полученные значения в уравнение (3.15) и проверим выполнение условия.

[р] =МПа.

р_R< [p], т.к. 0,15МПа<0,573 МПа.

Условие устойчивости выполняется.

В качестве исполнительной толщины обечайки принимаем S=20^.10^-3 м. На этом расчет обечайки нагруженной наружным давлением заканчиваем.

3.4 Расчет эллиптического отбортованного днища под действием внутреннего давления

Толщина стенки днища определяется по формулам (3.19) и (3.8):

S_R =, (3.19)

Где Р_R=0,46 МПа — расчетное давление в днище аппарата, определяется из формулы (3.6).

R — радиус кривизны, м. Для эллиптического отбортованного днища и крышки R=D_вн=1,4 м;

Определим толщину стенки эллиптического отбортованного днища S_R, м. по формуле (3.19): S_R ==1,79^.10^-3 м.

По табл. 2.15 для стали марки Х25Т с расчетной толщиной стенки 1,79^.10^-3 м находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки по формуле (3.9): с=3,18^.10^-3 м.

S 1,79•10^-3 + 3,18•10^-3 = 4,97•10^-3 м.

По сортаменту принимаем толщину стенки эллиптического днища и крышки S=6^.10^-3 м.

Допускаемое внутреннее избыточное давление [p], МПа, определяется по формуле:

[р]== МПа (3.20)

При этом должно выполняться условие: р_R< [p]; 0,46 МПа<0,73 МПа.

Условие прочности выполняется. На этом расчет эллиптического отбортованного днища нагруженного внутренним избыточным давлением заканчиваем.

3.5 Расчет эллиптического отбортованного днища под действием внешнего давления

За расчетное наружное избыточное давление принимаем давление в рубашке р_R = 0,15 МПа.

Определим толщину стенки отбортованного днища и крышки S, м, нагруженной наружным давлением из формул (3.8) и (3.2):

S_R = max {; }, (3.21)

где К_Э — коэффициент приведения радиуса кривизны днища и крышки. Для эллиптического днища и крышки К_Э = 0,9;

S_R==м

S_R = = м.

Принимаем за расчетное значение S=3,2 мм.

По табл.2.15 для стали марки Х25Т с расчетной толщиной стенки 3,2•10^-3 м находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки по формуле (3.9): с = 3,5•10^-3 м.

S 3,2•10^-3 + 3,5•10^-3 = 6,7•10^-3 м.

По сортаменту ГОСТ 5681–75 принимаем толщину стенки эллиптического отбортованного днища S = 8•10^-3 м.

Определим допускаемое наружное давление [p], МПа.

[р]_Р == 1,28 МПа.

[р]_Е ==

= =0,3МПа .

Подставим полученные значения в уравнение (3.15) и проверим выполнение условия.

[р] =МПа.

р_R< [p], т.к. 0,15 МПа<0,29 МПа.

Условие устойчивости выполняется.

В качестве исполнительной толщины стенок эллиптического отбортованного днища аппарата принимаем S = 8•10^-3 м.

3.6 Расчет эллиптической отбортованной крышки под действием внутреннего избыточного давления

Определим толщину стенки эллиптического отбортованного днища S_R, м. по формуле (3.19):

S_R ==1,36•10^-3 м.

По табл. 2.15 для стали марки Х25Т с расчетной толщиной стенки 1,36•10^-3 м находим минусовой допуск, определяем величину суммарной прибавки по формуле (3.9): с=3,18^.10^-3 м.

S 1,36•10^-3 + 3,18•10^-3 = 4,54•10^-3 м.

По сортаменту ГОСТ 6581–75 принимаем толщину стенки эллиптического днища и крышки S=6•10^-3 м.

Допускаемое внутреннее избыточное давление [p], МПа, определяется по формуле:

[р] == МПа (3.22)

При этом должно выполняться условие:

р_R< [p], т.к. 0,35 МПа<0,72 МПа.

Условие устойчивости выполняется. На этом расчет эллиптической отбортованной крышки нагруженной внутренним избыточным давлением заканчиваем.

3.7 Расчет эллиптической крышки под действием внешнего давления

За расчетное наружное избыточное давление обечайки принимаем атмосферное Р_R = 0,11 МПа.

Определим толщину стенки отбортованного днища и крышки S, м, нагруженной наружным давлением из формул (3.8) и (3.22):

S_R==мм;

Рисунок 5. Схема для расчета эллиптической крышки под действием наружного давления.

S_R = = м.

Принимаем за расчетное значение S_R=2,7•10^-3 м. По табл.2.15 для стали марки Х25Т с расчетной толщиной стенки 2,7•10^-3 м находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки по формуле (3.9): с = 3,22•10^-3 м.

S 2,7•10^-3 +3,22 •10^-3 =5,92•10^-3 м.

По сортаменту принимаем толщину стенки днища и крышки S = 6•10^-3 м.

Определим допускаемое наружное давление [p], МПа:

[р]_Р == МПа.

[р]_Е==

==0,113МПа .

Подставим полученные значения в уравнение (3.15) и проверим выполнение условия.

[р] =МПа.

р_R< [p], т.к. 0,11 МПа<0,12 МПа.

Условие устойчивости выполняется.

В качестве исполнительной толщины стенок эллиптической отбортованной крышки внутреннего сосуда принимаем S = 6^.10^-3 м.

На этом расчет крышки заканчиваем.

3.8 Расчет цилиндрической обечайки рубашки под действием внутреннего избыточного давления

Толщина стенки определяется по формулам (3.7), (3.8):

S_R = м.

Подставив цифровые значения получим:

с= 1+0,18=1,18^.10^-3 м.

S 1,1•10^-3 + 1,18•10^-3 = 2,28•10^-3 м.

По сортаменту ГОСТ 5681–75, с учетом соблюдения необходимой жесткости обечайки, принимаем толщину стенки цилиндрической обечайки S=6•10^-3м.

Допускаемое внутреннее избыточное давление [p], МПа, определяется по формуле (3.10):

[р] ==МПа При этом должно выполняться условие прочности:

р_R< [p], т.к. 0,15 МПа < 0,59 МПа.

На этом расчет обечайки нагруженной внутренним избыточным давлением заканчиваем.

3.9 Расчет цилиндрической обечайки рубашки под действием наружного давления

Модуль упругости Е=1,99^.10⁵ МПа;

Расчетная длина обечайки рубашки:

Теперь мы можем определить коэффициенты К₃ и К₁:

К₁ =

К₃ =

По расчетной номограмме на рис. 6.3. принимаем К₂ = 0,5. Полученное значение подставляем в формулу (3.11):

S_R = 0,5• 1,8•10^-2 =9•10^-3 м;

S_R = м.

Принимаем за расчетное значение S_R = 9•10^-3 м. Величину общей технологической прибавки для стали 3 определяем по формуле (3.9), где с₁ = 1· 10^-3 м; с₂=0; с₃=0,8^.10^-3 м.

Подставив цифровые значения получим:

с= 1+0,8=1,8^.10^-3 м.

S 9•10^-3 + 1,8•10^-3 = 10,8•10^-3 м.

По сортаменту ГОСТ 5681–75 принимаем толщину стенки обечайки рубашки S = 12•10^-3 м.

Определим допускаемое наружное давление [p], МПа по формуле (3.15):

Допускаемое давление из условия прочности [р]_Р и из условия устойчивости [р]_Е определяется по формулам (3.16) и (3.17).

[р]_р= МПа.

По формуле (3.18) находим коэффициент В₁:

В₁ = 9,45•=4,38

Принимаем минимальное из значений В₁=1,0. Подставим полученное значение в формулу (3.17):

[р]_Е==0,146МПа.

Подставим полученные значения в уравнение (3.15) и проверим выполнение условия.

[р] =МПа.

р_R< [p], т.к. 0,11 МПа<0,145 МПа.

Условие устойчивости выполняется.

В качестве исполнительной толщины обечайки рубашки принимаем S=12^.10^-3 м. На этом расчет обечайки нагруженной наружным давлением заканчиваем.

3.10 Расчет эллиптического отбортованного днища рубашки под действием внутреннего давления

Толщина стенки днища определяется по формулам (3.19) и (3.8):

Для эллиптического отбортованного днища и крышки R=D_вн=1,8 м.

Определим толщину стенки эллиптического отбортованного днища S_R, м. по формуле (3.19):

S ==1,1•10^-3 м.

По табл. 2.15 для стали 3 с расчетной толщиной стенки 1,1•10^-3 м находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки по формуле (3.9): с=1,5•10^-3 м.

S 1,1•10^-3 + 1,5•10^-3 = 2,6•10^-3 м.

По сортаменту ГОСТ 3680–75 [3], соблюдая условие жесткости, принимаем толщину стенки эллиптического днища S=8•10^-3 м.

Допускаемое внутреннее избыточное давление [p], МПа, определяется по формуле (21):

[р] == МПа При этом должно выполняться условие:

р_R< [p], т.к. 0,15 МПа<0,91 МПа.

Условие выполняется. На этом расчет эллиптического отбортованного днища рубашки, нагруженного избыточным внутренним давлением, заканчиваем.

3.11 Расчет эллиптического отбортованного днища рубашки под действием внешнего давления

За расчетное наружное избыточное давление принимаем расчетное наружное давление обечайки, равное атмосферному р_R = 0,11 МПа.

Определим толщину стенки отбортованного днища и крышки S, м, нагруженной наружным давлением из формул (3.8) и (3.22):

S_R = =м;

S_R = = м.

Принимаем за расчетное значение S_R = 3,7•10^-3 м. По табл.2.15 для стали 3 с расчетной толщиной стенки 3,7•10^-3 м находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки по формуле (3,9): с = 1,4•10^-3 м.

S 3,7•10^-3 + 1,4•10^-3 = 5,1•10^-3 м.

По сортаменту ГОСТ 5681–75 принимаем толщину стенки днища S = 8•10^-3 м.

Определим допускаемое наружное давление [p], МПа по формулам (3.15)-(3.18):

[р]_Р == МПа.

[р]_Е==

= =0,36МПа .

Подставим полученные значения в уравнение (3.15) и проверим выполнение условия.

[р] =МПа.

р_R< [p] 0, 11 МПа<0,34 МПа.

Условие устойчивости выполняется.

В качестве исполнительной толщины стенок эллиптического отбортованного днища рубашки принимаем S = 8^.10^-3 м. На этом расчет рубашки аппарата заканчиваем.

3.12 Расчет опор

Определим вес аппарата :

G=G₁+G₂+G₃; (3.23)

где G₁ — вес металлоконструкции аппарата, кН

G₂ — вес жидкости, кН;

G₃ — вес арматурной обвязки, куда входит вес привода, мешалки, фланцев, выпускного устройства и остальных креплений аппарата, кН;

Определим вес металлоконструкции аппарата, кН:

G₁=G_об + G_кр + G_дн + G_об.руб + G_дн.руб +G_креп; (3.24)

Где: G_об — вес обечайки, кН, находим по формуле:

(3.25)

где: _ст=7600 кг/м³; R₁=0,720 м, R₂ =0,7 м — соответственно внешний и внутренний радиусы; H_об =5,979 — высота обечайки. Подставив числовые значения, получим:

G_об= 76 003,14(0,720² — 0,7²)9,815,979 =39,77 кН;

G_кр — вес крышки, кН, находим по формуле:

G_кр=mg. (3.26)

где: m=106 кг — масса крышки [1];

G_кр=1069,81=1,04 кН;

G_дн — вес эллиптического отбортованного днища, кН, находим по формуле (3.26): G_дн=142^.9,81=1,39 кН.

G_об.руб. — вес обечайки рубашки по формуле (3.25):

Примем ориентировочно Н_ОБЕЧ = 5 м

G_об.руб = 7800^.3,14^.(0,912² — 0,9²)^.9,81^.5=26,14 кН;

G_днруб — вес днища рубашки по формуле (3.26), в которой m=334 кг — масса днища [1]:

G_дн.руб=2329,81=2,28 кН

G_креп= 100^.9,81=981Н=0,981кН. (3.27)

G₁=39,77+1,04+1,39+26,14+2,28+0,98=71,6 кН.

Определим вес жидкости, кН:

G₂=0,85V^._ж^.g, (3.28)

где: _ж — плотность жидкости, кг/м³, с_ж=1840 кг/м³;

V — объем аппарата V =10 м³.

Подставив значения в формулу, получим:

G_ж=0,851 840 109,81=153,43 кН;

Определим вес арматуры по формуле (3.26)

G_армат.=3509,81=3,4 кН.

Тогда общий вес аппарата составляет:

G= 71,6+153,43+3,4=228,43 кН;

Нагрузку на одну опору определяем по формуле:

Q=G^. л₁/z+ л₂^.M/(D+2e) (3.29)

где: л₁, л₂ — коэффициенты, зависящие от числа опор л₁=2, л₂=1;

G — осевая сила, кН, G=228,43 кН;

z — число опор, z=4;

М — момент относительно опорной поверхности лапы, кН^.м, определим по формуле:

М=Ql, (3.30)

где Q — осевая сила смещенной части конструкции, Q=1009,81=0,98 кН,

l - смещение эксцентриситета, l=0,300 м.

Тогда получаем М=0,980,300=0,294 Нм.

D — внутренний диаметр аппарата к которому крепятся опоры, м, D=D_руб=1,8 м;

е=0,5(В+f_маx+S₀+S_н) (3.31)

где: f_маx — принимается по таблице в зависимости от нагрузки на одну опору;

S₀ — толщина стенки обечайки рубашки в конце срока службы, определяется по формуле:

S₀= S — c = 12 — 1,18 = 10,82 мм;

S_н =0 — толщина подкладного листа.

е=0,5(0+0,1+0,1 082+0)=0,055 м.

Теперь по формуле (3.31) получаем:

Q=2^. 228,43/4 + 10,294/(1,8+20,055)=114,4кН.

По нагрузке на одну лапу Q=114,4 кН определим из по ОСТ 26−665−75 геометрические параметры опоры для вертикальных аппаратов:

Таблица 1- Опоры для вертикальных аппаратов, по ОСТ 26−665−75, размеры в мм.

Проверка прочности стенки вертикального цилиндрического аппарата под опорой лапой без накладного листа.

Осевое напряжение от внутреннего давления р и изгибающего момента определяется по формуле:

(3.32)

где: р — избыточное давление в рубашке, МПа;

D — диаметр к которому крепятся опоры, м, D=1,8 м, тогда по формуле (3.32) имеем:

у _max = 0,15 ^.1,8/(4^.0,1 082) + 40,294/(3,141,8²0,1 082)=16,92 МПа.

Окружное напряжение от внутреннего давления определяем по формуле:

(3.33)

Тогда по формуле (3.32) получим:

у _max⁼0,15^.1,8/(2^.0,1 082)=12,48 МПа.

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок определяем из соотношения:

(3.34)

Из соотношения (3.33) принимаем у_mо⁼ 16,92 МПа.

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры определяется по формуле:

(3.35)

где: K₁ — коэффициент, принимается по графику в зависимости от параметров

: (3.36)

D/2S₀=1,8/(2^.0,1 082)=83,2

h/D=0,585/1,8=0,325

По рисунку принимаем К₁=0,25.

у_m=16,92+0,250,55 114,410³/1,80,1 082² 10⁶= 24,39 МПа.

Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры определяется по формуле

; (3.37)

где: K₂ — коэффициент, принимается по графику в зависимости от тех же параметров, К₂=0,5, тогда по формуле (3.38) получим:

у_и=0,5^.114,4^.10³0,055/(0,585^.0,1 082²10⁶)=45,94 МПа.

Условие прочности имеет вид:

реактор обечайка днище давление

(3.38)

где: — предел текучести материала опоры, МПа, =270 МПа для Ст. 20 по ГОСТ 1050–88 [1];

А — коэффициент, для эксплутационных условий, А=1.

Тогда по формуле (3.37) получаем:

(24,39/270)²+(0,8/1)^.(45,94/270)=0,151

Условие (3.38) выполняется. На этом расчет подвесных опор-лап заканчиваем.

3.13 Укрепление отверстий

Расчет укрепления отверстий ведется по СТ СЭВ 1639 — 79.

Определим величину укрепляемого отверстия d_отв, м:

d_отв= 2D_, (3.38)

где D — внутренний диаметр аппарата, м;

х — расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси днища.

d_отв= =0,795 м.

Определим расчётную толщину стенки штуцера, нагруженного внутренним избыточным давлением S_1R, м:

S_1R=, (3.39)

где ц₁ — коэффициент сварного шва штуцера;

— допустимое напряжение материала штуцера, МПа.

S_1R=0,35(0,4+2^.1,22^.10^-3)/(2^.200^.0,9 — 0,35)=0,39^.10^-3 м.

Толщина стенки штуцера, S, м:

S₁ = S_1R + c, (3.40)

S₁ = 0,39^.10^-3 + 3,22^.10^-3 = 3,6^.10^-3 м.

Принимаем по сортаменту, учитывая условие жесткости, S₁ = 4^.10^-3 м.

Расчетный диаметр отверстия не требующего дополнительного укрепления d_0R, м:

d_0R=, (3.41)

где В₀ — ширина зоны укрепления в крышке, м.

В₀ == v0,795^.(6^.10^-3-3,22^.10^-3) =0,0022 м. (3.42)

Тогда d_0R=,=0,0053 м.

Определим расчетный диаметр отверстия d_R, м:

d_R = d_отв+2c = 0,4+2^.3,22^.10^-3 = 0,406 м. (3.43)

Так как условие d_R0_R не выполняется, то отверстие требует укрепления.

Определим площадь вырезанного отверстия F_R, м²:

F_R=0,5(d_R-d_0R)S_R = 0,5^.(0,406−0,0053)^.0,39^.10^-3 = 0,078^.10^-3 м². (3.44)

Расстояние от штуцера до края оболочки эллиптической крышки:

(3.45)

м.

Принимаем х₀=0,355 м.

Расчетная длина внешней части штуцера, участвующей в укреплении.

; (3.46)

где l₁ - длина внешней части штуцера, участвующей в укреплении; l₁=0,1 м.

S₁ — толщина стенки штуцера, м, S₁ = S = 4^.10^-3 м.

l_1R = 1,25 м.

Принимаем расчетную длину внешней части штуцера l_1R = 0,0222 м.

Расчетная ширина зоны укрепления в стенке эллиптической крышке:

b_1R=min{l_К;В₀}, (3.47)

где l_К — расстояние от наружной стенки штуцера до ближайшего несущего конструктивного элемента на укрепляемом элементе;

l_k=х₀-d_R/2-S₁=0,355−0,406/2−0,004=0,148 м. (3.48)

B₀=0,0022 м, тогда b_1R=0,0022 м.

Расчетная площадь укрепляемой стенки F_SR, м²:

F_SR=b_1R(S-S_R-c), (3.49)

где b_1R — расчетная ширина зоны укрепления в стенке обечайки, м.

F_SR= 0,0022(0,006 — 0,39 — 0,0014) = 1,71^.10^-5 м².

Расчетная площадь укрепляющего сечения внешней части штуцера F_1R, м²:

F_1R=l_1R(S₁-S_1R-c), (3.50)

где — отношение допускаемых напряжений. Так как мы для внешней части штуцера мы используем один и тот же материал, то =1;

Расчетная длина внешней части штуцера l_1R = 0,0222 м.

F_1R=0,0222(0,004- 0,39 — 0,0014)^.1 = 4,9^.10^-5 м².

Проверяем условие

F_1R + F_SR F_R

(4,9 ^.10^-5+1,71 ^.10^-35) м² 7,8 ^.10^-5 м²

Данное условие не выполняется, следовательно, необходимо отверстие укрепить накладным кольцом.

Расчетная площадь накладного кольца жесткости F_2R, м², определяется по формуле:

F_2R= b_2RS_н, (3.51)

где — отношение допускаемых напряжений. В качестве конструкционного материала для накладного кольца будем использовать тот же материал, тогда

b_2R — расчетная ширина накладного кольца, м, определяется по формуле:

b_2R= min {b₂; }, (3.52)

где b₂ — ширина накладного кольца, м, b₂ =0,12 м;

S_Н — толщина накладного кольца, м:

S_Н = 0,7^.S = 0,7^. 6,0^.10^-3 = 4,2^.10^-3 м.

Принимаем S_Н = 5 ^.10^-3 м.

b_2R=(0,406(5+6−1,4)^.10^-3)^0,5=0,062 м.

Принимаем ширину накладного кольца b₂ = 0,062 м. Подставим полученные значения в формулу (3.56):

F_2R= 0,062^. 5^.10^-3.1=0,31^.10^-3 м².

Проверяем условие:

F_1R + F_SR + F_2R F_R

4,9^.10^-5+1,71^.10^-5+0,31^.10^-37,8^.10^-5.

Условие выполнено. На этом расчет укрепления отверстий закончен

3.14 Расчет фланцев

РАСПЕЧАТКА РАСЧЕТА ИЗ ФАЙЛА Flanec. fln

Заключение

В результате проделанной работы была подробно изучена конструкция реактора для агрессивной среды.

В пояснительной записке курсовой работы выполнен расчёт основных элементов и узлов реактора. Расчёт проведён в соответствии с требованиями, предъявляемыми к курсовым работам.

С экономической точки зрения использование высоколегированных дорогостоящих сталей повысит стоимость аппарата в целом. Однако, это необходимо в связи с тем, что работа реактора проводится в агрессивных средах.

Список использованных источников

1. А. А. Лащинский. [Текст]/ Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник. — Л.: Машиностроение, 1981 — 385 с.

2. А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский. [Текст]/ Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры. Справочник. — Л.: Машиностроение, 1970 — 752 с.

3. Методическое указание к оформлению расчётно — проектных, расчётно — графических работ, курсовых и дипломных проектов[Текст]/ /ВГТА; сост. Ю. Н. Шаповалов, В. Г. Савенков, Е. В. Вьюшина. Воронеж, 1998 — 52с.

4. Вредные вещества в промышленности[Текст]/ Справочник для химиков, инженеров и врачей. Изд. 7-е, перераб. и доп. Том 2. Редактор Н. В. Лазарев, Т. Д. Гадаскина — Л.: Химия, 1976 — 624 с.