Файл: Дипломный проект состоит из 186 страниц, 36 таблиц, 2 рисунка, 19 источников и 8 листов графического материала. Тема дипломного проекта Проект производства формалина.rtf

Для входа и выхода конденсата используют плоский-приварной фланец, а для входа спирто-воздушной смеси и выхода контактных газов - тип фланцевого соединения ″шип-паз″.
19.4 Расчет толщины стенок обечайки и днища
Толщина стенки обечайки реактора

Исходные данные:

материал – сталь 12Х18Н10Т;

температура – 650^оС;

диаметр – 3,0 м;

расчетное давление – 0,3 МПа;

нормативно допустимое напряжение σ^* = 113 МПа [1, с. 33, таб. 1.4];

толщину обечайки рассчитываем по формуле:
(20.2)
где, φ = 1 – коэффициент прочности сварного шва;

σ_доп – допустимое напряжение, МПа;
σ_доп = (20.3)
η = 1 – поправочный коэффициент [1, с. 31];

σ_доп = 1 113 МПа = 113 МПа.

С – прибавка на компенсацию коррозии, м;

С₁ – дополнительная прибавка на округление размеров, м;

С₁ = 0,62 см.
(20.4)
где, П – коррозионная проницаемость слоев для среды, содержащий формальдегид и метанол, П = 0,2 мм/год;

τ – амортизационный срок службы, τ = 10 лет.


Допускаемое давление:
(20.5)


Формулы применимы для выполнения условия:
(20.6)


Прочность обечайки обеспечена.

Толщина стенки обечайки подконтактного холодильника

Исходные данные:

материал – сталь 09Г2С;

температура – 106,5^оС;

диаметр – 3,0 м;

расчетное давление 0,2 МПа;

нормативно допускаемое напряжение.
σ^* = 151,6 МПа;σ_доп = 1*151,6 = 151,6 МПа.

(20.7)



Условия применимости расчетных формул:
(20.8)


Прочность обечайки обеспечена.

---

19.5 Расчет толщины днища подконтактного холодильника
(выбираем крышку эллиптической формы):

Исходные данные:

материал – сталь 12Х18Н10Т;

температура – 180^оС;

диаметр – 3,0 м;

расчетное давление – 0,3 МПа;

нормативно допускаемое напряжение σ^* = 113 МПа.

Допускаемое напряжение σ_доп = 1 113 = 133 МПа.

Исполнительную толщину стенки определяем по формуле:
(20.9)
Формулы применимы когда:
(20.10)

(20.11)
Условия прочности обеспечены.
19.6 Условия укрепления отверстий
Расчетный диаметр для эллиптического днища:
(20.12)
D = 3 м = 300 см, S = 100 см.

где, х – расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси эллиптического днища, х = 0.

Расчетный диаметр отверстия в днище:
d_R = d + _. (20.12)
где, d – диаметр штуцера, 0,6 м [1, таб. 77];

S_ст.ш – толщина стенки штуцера;
S_ст.ш. = С₁ +С₂; (20.13)
где, С₁ – прибавка на коррозию, м;

С₂ – минусовой допуск по толщине листа штуцера, м.
S_ст.ш. = 0,002 + 0,008 = 0,01 м;

D_R = 0,6 + 2 0,01 = 0,62 м.
Условия применения формул для днища [ 2, с. 498]:
(20.14)

(20.15)
Условия выполняются, укрепление отверстия не нужно.
19.7 Расчет крышки аппарата
Исходные данные:

материал – сталь 12Х18Н10Т;

нормативное допускаемое напряжение σ_доп = = 113 МПа.

Исполнительная толщина стенки:
(20.16)

(20.17)


Допускаемое давление:

---

(20.18)

Применимость формул:
(20.19)

(20.20)


Условия прочности обеспечены.

Выбираем тип конструкции крышки:

сварная стальная при Р_доп ≤ 25 кг/см² [77, с. 569, рис. 23.10].
19.8 Расчет трубной решетки подконтактного холодильника
Трубные решетки по конструкции представляют собой эллиптические днища. Такие трубные решетки применяются в кожухотрубчатых аппаратах при оносительно больших диаметров аппарата D = > 1200 мм.

Исходные данные:

материал – сталь 12Х18Н10Т;

количество труб в решетки 2475, d - 38×2;

нормативно допускаемое напряжение σ^* = 113 МПа;

допускаемое напряжение σ_доп = 113 МПа [2, с. 33, таб.1,4];

диаметр обечайки, D_об = 3,0 м;

температура – 650^оС;

Выбираем конструкцию решетки 2 – го типа [2, с. 633, рис. 25,].

Способ закрепления труб в трубных решетках:

выбираем способ гладкой развальцовки.

Расчетная высота снаружи (h₁):

(20.21)
где, К₁ – коэффициент, К₁ = 0,36 [2, с. 637, таб. 25.3];

Расчетная высота решетки а середине (h₂):
(20.22)
где, К₂ = 0,45 [2, стр. 637, таб. 25.3];

φ₀ – коэффициент ослабления решетки отверстиям;
(20.23)
где, z – количество труб в решетки по диаметру.
(20.24)




С прибавками на коррозию:
h₂ = 0,10771 + 0,001 = 0,10871 м.

19.9 Расчет тепловой изоляции реактора
Исходные данные:

Аппарат расположен на отдельной площадке.

температура воздуха – t₆ – 5^оС;

температура поверхности изоляции – 40^оС;

температура рабочей среды – 650^оС;

теплоизоляционный материал – асбест;

коэффициент теплопередачи воздуха – 21 Вт/м²К.

Удельный тепловой поток:
q = ά_в (t_n – t_в) = 21 (40 – 5) = 735 Вт/м². (20.25)
Теплопроводность асбеста при t_ср => t_ср

---

= (650 + 40)/2 = 340^оС:
λ = 0,13 + 0,000186 t_ср; (20.26)

λ = 0,13 + 0,000186 340 = 0,189 Вт/м К [3, ст. 604].
Толщину изоляции находим:
(20.27)
Принимаем толщину изоляции δ_из = 14,4 см.
19.10 Расчет компенсатора подконтактного холодильника
В кожухотрубчатых аппаратах развивается весьма значительные напряжения за счет неодинакового температурного удлинения жесткосоединенных между собой деталей (например, труб, кожуха). Для ликвидации этого аппарат снабжают компенсатором.

Исходные данные:

диаметр обечайки D = 3,0 м;

длина обечайки l = 4 м;

давление в межтрубном пространстве Р_м = 0,222 МПа;

давление в трубном пространстве Р_тр = 0,666 МПа;

температура трубок t_тр = 232^оС;

температура обечайки t_об = 73,25^оС;

толщина обечайки S_об = 0,009 м;

количество труб z = 2475, d - 38×2;

коэффициент линейного расширения стали:

при t₁ = 232^оС; ά_тр = 13,5 10^-6 1/^оС.

при t₂ = 73,25^оС; ά_об = 12,6 10^-6 1/^оС.

температура воды t_ср = 106,5^оС.

Требуемое для компенсации перемещение.
∆К = (20.28)
где, L – длина труб между трубными решетками, L = 4,2 м;
∆К = (13,5 10^-6 232 – 12,6 10^-6 73,25) = 0,009 м = 9 мм.
Разница между t₁ и t₂ составит 232 – 73,25 = 158,75^оС, что больше 50^оС, следовательно, необходимо наличие компрессора на обечайке.

По таблице 26.2 [2, с. 649] находим компенсатор.
D = 3386 мм;

S = 3 мм;

∆Λ = 8 мм;

Р_об = 0,15 МПа;

Р_р = 0,158 МПа.

Расчетное количество линз в компенсаторе:
(20.29)
Принимаем Z^' = 2.
19.11 Расчет опорных лап
Контактный аппарат по конструкции представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, установленный на открытой площадке. В таких случаях применяются опоры, которые размещаются снизу аппарата

Расчет опорных лап проводим по максимальной силе тяжести аппарата при заполнение его водой для проведения его гидравлического испытания.

Определим массу аппарата.

Вес обечайки реактора и подконтактного холодильника:
(20.30)
где, D_н

---

и D_в наружный и внутренний диаметры обечайки, м;

D_н = D_в + 2S = 3,0 + 2 0,009 = 3,018 м.

j = 7900 кг/м³ – плотность стали 12Х18Н10Т;

j = 7800 кг/м³ – плотность стали 02Г2С.
(20.31)

(20.32)
Вес трубных решеток:

Вес днища и крышки стандартен и равен:
G_д = 217 + 217 = 434 кг.
Вес люков стандартен и равен:
G_л = = 1216 кг.
Вес патрубков стандартен и равен:
G_п = 104 + 163 + 8,31 + 4,15*2 = 283,61 кг.
Вес фланцев обечаек стандартен и равен:
G_ф = = 3184 кг.
Вес труб холодильника:
G_тр = (20.33)
где, ά – высота трубки, масса одной трубы равна 0,63 кг;
G_тр = = 7821 кг.
Вес теплоизоляции обечайки теплообменника:
(20.34)
где, D_в.из. и D_н.из. – диаметры внутреннего и внешнего слоя изоляции;

Н – высота изоляционной части.
D_н.из. = D_в.из. + = 3,018 + = 3,306 м. (20.35)
j₁ – плотность асбеста, j₁ = 350 кг/м³.

Общий вес аппарата:
∑G = 24435,18 кг = 24,44 тонны.
Определим массу воды в аппарате:
(20.36)
где, Н – высота аппарата;

j_H2O – плотность воды.

Максимальная масса аппарата:
(20.37)
Определим расчетную толщину ребра опоры:
(20.38)
где, G – максимальная масса аппарата, кг;

n – число лап (n = 4);

z – число ребер в одной лапе (z = 2);

σ_с – допускаемое напряжение на сжатие принимаем σ_с = 1000 кгс/см²;

l – высота опоры, принимаем l = 0,2 м.;

k – коэффициент, k = 0,6.


S_оп. = 0,01826 [м] = 18,26 [мм].
Определим высоту лапы:
(20.39)
Проверка: l/13 ≤ 0,019 [м].

0,2/13 = 0,015 ≤ 0,019.
Следовательно, S

---