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
Перед расчетом определимся с выбором конструкционного материала в зависимости от необходимой химической стойкости. По табл.III.19. «Нержавеющие стали, сортамент, свойства и области применения» [1] выбираем листовую сталь марки 03Х18Н11. Сварные соединения из этой стали, обладают высокой стойкостью против МКК в средах окислительного характера, не подвержены ножевой коррозии. Используется для сварного оборудования емкостного, теплообменного и трубопроводов. Применяется от -253 до +610 °С.
Разрушающее действие среды на материал учитываем введением прибавки С к номинальной толщине детали:
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 и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей» [1] принимаем П=0,025 мм/год.
С=П∙τа=0,025∙20=0,5мм
1. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ КРЫШКИ
АППАРАТА
Расчет толщины стенки эллиптической крышки, нагруженного избыточным внутренним давлением.
Толщину стенки 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
Принимаем толщину крышки s1 = 16 мм.
Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитаем по формуле (54) [2]:
1,5564 МПа
Проведем проверку на необходимость укрепления отверстия для штуцера.
Согласно формуле (26) [3]
0,1303 м
где Dp=2D=2∙2=4 м при х=0 согласно (5) [3].
Толщину стенки крышки, при которой не требуется укрепление отверстия, определим подбором:
0,5498 м.
Исполнительная толщина крышки аппарата принимается s1=25 мм.
Допускаемое внутреннее избыточное давление:
2,4546 МПа
Согласно ГОСТ 6533-78 по таблице 7.2 [7] принимаем h1=60 мм.
Проведем проверочный расчет по п. 3.3.1.4. [2]:
0,8=0,8∙177,09>h1.
Согласно условиям п. 3.3.1.4. [2] принимаем толщину стенки 25 мм.
Расчет толщины стенки эллиптического днища, нагруженного избыточным наружным давлением.
Наружное избыточное давление принимаем равным атмосферному р=0,101 МПа, при абсолютном давлении внутри аппарата 0 МПа.
Толщину стенки днища рассчитываем по формулам (56)-(58) [2]
;
,
где Кэ=0,9 для предварительного расчета [2].
{0,0040;0,0009}=4,0 мм.
Дальнейший расчет проводим из условия толщины стенки s1=25 мм.
Определим допускаемое наружное давление по формуле (58) [2]:
где допускаемое давление [p]п из условия прочности:
2,73 МПа,
допускаемое давление [p]Е из условия устойчивости в пределах упругости:
3,73 МПа,
где Кэ=0,91,
0,18.
Допускаемое наружное давление:
1,78 МПа
Проверяем условие :
- условие соблюдается.
Принимаем эллиптическое днище с отбортовкой h1=60 мм толщиной стенки s1=25 мм по ГОСТ 6533-78.
2. РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ СФЕРИЧЕСКОГО ДНИЩА
КОРПУСА
Толщину стенки сферического 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=1,51 МПа; р – давление внутри аппарата – 1,47 МПа, ρ=1000 кг/м3 – плотность воды при гидроиспытании аппарата, h=L1+L2+Lк+0,5D0=1200+1800+300+0,5∙1600=4100 мм.
Толщина стенки с надбавкой:
s1р = 6+0,5=6,5 мм;
Таким образом, по [4] принимаем толщину стенки 8 мм
Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитываем по формуле:
1,881 МПа
Проверяем условие :
- условие соблюдается.
В результате произведённых расчётов и полученной толщины сферического днища корпуса аппарата под внутренним давлением принимаем толщину сферического днища 8 мм.
Согласно ГОСТ 6533-78 по таблице 7.2 [7] принимаем длину отбортованной части днища h1=40 мм.
Проведем проверочный расчет по п. 3.3.1.4. [2]:
0,3=0,3∙32,86<h1.
Согласно условиям п. 3.3.1.4. [2] принимаем толщину стенки равной толщине обечайки, рассчитанной в п. 3.2 – 12 мм.
Расчет толщины стенки полусферического днища, нагруженного избыточным наружным давлением.
Наружное избыточное давление принимаем равным атмосферному р=0,101 МПа, при абсолютном давлении внутри аппарата 0 МПа.
Толщину стенки днища рассчитываем по формулам (56)-(58) [2]
;
,
где Кэ=1,0 для предварительного расчета [2].
{0,0018;0,0004}=1,8 мм.
Дальнейший расчет проводим из условия толщины стенки s1=12 мм.
Определим допускаемое наружное давление по формуле (58) [2]:
где допускаемое давление [p]п из условия прочности:
3,20 МПа,
допускаемое давление [p]Е из условия устойчивости в пределах упругости:
4,25 МПа,
где Кэ=1 [черт. 13; 2],
Допускаемое наружное давление:
2,04 МПа
Проверяем условие :
- условие соблюдается.
Принимаем полусферическое днище с отбортовкой h1=40 мм толщиной стенки s1=12 мм по ГОСТ 6533-78.
Проведем проверку на необходимость укрепления отверстия для штуцера.
Согласно формуле (26) [3]
0,3029 м
где Dp=2R=D=1,6 м (7) [3].
Исполнительная толщина днища аппарата принимается s1=12 мм.
3. РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ОБЕЧАЕК РЕАКТОРА
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 (в нашем случае оно равно давлению внутри аппарата p =15 кг/см2 = 1,47 МПа);
D – диаметр обечайки (D =2 м);
[s] – допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа;
φр – расчетный коэффициент прочности сварного шва.
Принимаем вид сварного шва – стыковой с двусторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой. По табл.20 приложения 5 [2] найдем значение коэффициента прочности φр =1,0.
0,0132 м
s = 13,2+0,5 = 13,7мм
Принимаем толщину стенки s = 16 мм (см. п. 2).
Допускаемое избыточное внутреннее давление будет равным (формула 10 [2]):
1,72 МПа.
Определим допускаемое наружное давление по формуле 13 [2]:
где допускаемое давление из условий прочности определяем по формуле 14 [2]:
1,72 МПа
Допускаемое давление 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
Принимаем толщину стенки корпуса s=16мм.
Расчёт цилиндрической части корпуса нагруженной осевыми усилиями.
Толщина стенки обечайки нагруженной осевым растягивающим усилием должна соответствовать условию:
где 0,0066 м
Осевое растягивающее усилие:
4,62 МН.
Допускаемое осевое растягивающее усилие:
=10,82 МН ≥4,62 МН.
Условия s≥sp+c и [F]≥F выполняются.
Осевое сжимающее усилие рассчитываем по формуле (21) [2]:
Допускаемое осевое сжимающее усилие:
- из условия прочности (22) [2]
3,14∙(2+0,016-0,0005)∙(0,016-0,0005)∙112=10,99 МН
- в пределах упругости из условия устойчивости (23) [2]
[F]Е = min{[F]E1;[F]E2}
но при условии l/D=4,374/2,0=2,187<10 [F]Е = [F]E1 ,
тогда [F]E1 находим по формуле (24) [2]
51,91 МН
с учетом обоих условий по формуле (21) [2]:
=10,75 МН
Осевое сжимающее 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 как обечайка корпуса при атмосферном давлении и отсутствия давления внутри аппарата работает под совместным действием наружного давления 0,1 МПа и осевого сжимающего усилия F, должно выполняться условие устойчивости:
Проверяем условие устойчивости:
0,29≤1
Устойчивость обечайки корпуса с толщиной стенки 16 мм выполняется.
Принимаем толщину стенки обечайки s=16 мм.
3.2. Расчет цилиндрической обечайки диаметром 1600 мм
Толщину стенки рассчитываем по формулам 8 и 9 [2]:
Страницы: 1, 2
