Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 235
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
- внутренний диаметр трубок, м. принимаем равным 0,034 м.
Последовательно подставляя числовые значения в формулы (23), (22), (21) получим
м2,
м2,
м.
Принимаем диаметр циркуляционной трубы равным 0,1 м.
Скорость движения молока в трубах v, м/с, определяем по формуле
, (24)
где
– объемный расход молока, м3/с.
Подставляя имеющиеся данные в формулу (24) получим
м/с.
Скорость движения молока в аппарате
, м/с, определяем по формуле
м/с. (25)
Расчетную длину трубок l, м, определяем по формуле
м.
При размещении трубок необходимо обеспечить максимальную компактность, плотность и прочность их крепления, простоту разметки, изготовления трубной решетки и сборки трубного пучка. Этим требованиям отвечает разметка труб по вершинам правильных шестиугольников.
Число труб по диагонали nд, шт., определяем по формуле
. (26)
Подставляя числовые значения в формулу (26) получим
шт.
Число труб на стороне шестиугольника nс, шт., определяем по формуле
шт. (27)
Толщину трубной решетки Sт.р., м, определяем по формуле
.
Паровой объем выпарного аппарата над молоком должен обеспечить достаточно полное отделение вторичного пара от капель упаренного молока. Необходимый объем парового пространства Vп, м3, определяем по формуле
, (28)
где
– производительность аппарата по испаряемой влаге, кг/ч;
– допустимое напряжение парового пространства кг/(м3·ч). Определяем по формуле
, (29)
где
– коэффициенты, зависящие от давления вторичного пара в паровом объеме и от уровня раствора над точкой ввода парожидкостной смеси;
кг/(м3·ч) – значение допустимого напряжения парового пространства.
Подставляя имеющиеся данные в формулы (29), (28) получим
кг/(м3·ч).
.
Для определения диаметров штуцеров, зададимся следующими данными: скорость движения греющего пара wг.п. = 50 м/с; скорость движения конденсата wконд. = 0,5 м/с; скорость движения вторичного пара wвт.п. = 50 м/с; скорость движения поступающего молока wм = 2 м/с; скорость движения упаренного молока wм. = 0,5 м/с.
Диаметр штуцеров di, м, определяем по формуле
, (30)
где
– расход каждого компонента, кг/с;
– плотность каждого компонента, кг/м3;
– скорость движения каждого компонента, м/с.
Подставляя данные в формулу (30) получим
- диаметр штуцера входа греющего пара
м;
- диаметр штуцера выхода конденсата
м;
- диаметр штуцера выхода вторичного пара
м;
- диаметр штуцера для входа молока
м;
- диаметр штуцера для выхода упаренного молока
м.
2.5.1 Прочностной расчет выпарного аппарата
Определим толщину корпуса аппарата S, м, по следующей формуле
, (31)
где
– принятый диаметр аппарата, м;
– давление в межтрубном пространстве, МПа;
– допускаемое напряжение материала корпуса, МПа. Принимаем равным 132 МПа для стали ВСт3пс; [8, стр. 105]
– коэффициент прочности сварного шва. Принимаем равным 0,7; [8, стр. 102]
– прибавка на коррозию, м. принимаем равной 3·10-3 м. [8, стр. 102]
Подставляя имеющиеся данные в формулу (31) получим
м.
Принимаем толщину корпуса аппарата равной 4 мм.
Определим суммарное осевое усилие в корпусе и трубках греющей камеры, возникающих от температуры Qt, по следующей формуле
, (32)
где
, 
–давление в корпусе аппарата и сепараторе соответственно, МПа;. Задаемся давлением в сепараторе равным 0,02 МПа.
Подставляя имеющиеся данные в формулу (32) получим
МПа.
Осевые усилия в греющей камере аппарата и трубках определяем по следующим формулам соответственно
, (33)
, (34)
где
, 
– модуль упругости материала корпуса и трубок, МПа. Принимаем 2·105 МПа;
, 
– площадь сечения трубок и корпуса соответственно, м
2.
Площадь сечения трубок
, м2, определяем по следующей формуле
, (35)
где
– число трубок, шт.
подставляя имеющиеся данные в формулу (33) получим
.
Площадь сечения корпуса аппарата
, м2, определяем по формуле
, (36)
где
- средний диаметр корпуса, м. Определяем по формуле
, (37)
где
– наружный диаметр корпуса аппарата, м. определяем по следующей формуле
, (38)
где S – толщина стенки корпуса, м.
Последовательно подставляя имеющиеся данные в формулы (38-36) получим
м,
м,
м2.
Подставляя имеющиеся данные в формулы (33-34) получим
МПа,
МПа.
Проводим проверку
МПа.
Условия выполняются.
Определим силовое воздействие труб на корпус аппарата следующим образом
, (39)
где
, 
– коэффициент температурного расширения материала трубок и корпуса аппарата соответственно, 1/ºС. Принимаем для материала Ст3 равным 13,0·10-6 1/ºС при температуре от 0 до 100ºС;
– расчетная длина труб, м;
, 
– разность рабочей и монтажной температур трубок и корпуса аппарата, ºС. Зададимся монтажной температурой - 20ºС, рабочей температурой труб - 98ºС, рабочей температурой корпуса - 94ºС. Соответственно 
, 
.
Подставляя имеющиеся данные в формулу (39) получим
МПа.
Определим суммарное осевое усилие от действия давления и разности температур в корпусе и трубах
МПа.
МПа.
Определим осевые и окружные напряжения для корпуса аппарата по следующим формулам соответственно
МПа, (40)
МПа. (41)
Проверяем корпус на прочность по следующему условию
, (42)
где
– допускаемое напряжение материала корпуса, МПа. Принимаем равным для стали 132 МПа.
Подставляя имеющиеся данные в формулу (42) получим
МПа.
Условие прочности выполняется. [8]
2.5.2 Прочностной расчет фланцевых соединений
Расчетная нагрузка, действующая от внутреннего избыточного давления (рр.в.), определяется по формуле
, (43)
где
– внутреннее избыточное давление, МПа. Принимаем равным давлению в аппарате 0,1033 МПа,
- средний диаметр прокладки, м. Определяем по формуле
, (44)
где
- наружный диаметр прокладки, м,
Последовательно подставляя числовые значения в формулы (23), (22), (21) получим
м2, м2, м.Принимаем диаметр циркуляционной трубы равным 0,1 м.
Скорость движения молока в трубах v, м/с, определяем по формуле
, (24)где
– объемный расход молока, м3/с.Подставляя имеющиеся данные в формулу (24) получим
м/с.Скорость движения молока в аппарате
, м/с, определяем по формуле м/с. (25)Расчетную длину трубок l, м, определяем по формуле
м.При размещении трубок необходимо обеспечить максимальную компактность, плотность и прочность их крепления, простоту разметки, изготовления трубной решетки и сборки трубного пучка. Этим требованиям отвечает разметка труб по вершинам правильных шестиугольников.
Число труб по диагонали nд, шт., определяем по формуле
. (26)Подставляя числовые значения в формулу (26) получим
шт.Число труб на стороне шестиугольника nс, шт., определяем по формуле
шт. (27)Толщину трубной решетки Sт.р., м, определяем по формуле
.Паровой объем выпарного аппарата над молоком должен обеспечить достаточно полное отделение вторичного пара от капель упаренного молока. Необходимый объем парового пространства Vп, м3, определяем по формуле
, (28)где
– производительность аппарата по испаряемой влаге, кг/ч;
– допустимое напряжение парового пространства кг/(м3·ч). Определяем по формуле
, (29)где
– коэффициенты, зависящие от давления вторичного пара в паровом объеме и от уровня раствора над точкой ввода парожидкостной смеси; кг/(м3·ч) – значение допустимого напряжения парового пространства.Подставляя имеющиеся данные в формулы (29), (28) получим
кг/(м3·ч). .Для определения диаметров штуцеров, зададимся следующими данными: скорость движения греющего пара wг.п. = 50 м/с; скорость движения конденсата wконд. = 0,5 м/с; скорость движения вторичного пара wвт.п. = 50 м/с; скорость движения поступающего молока wм = 2 м/с; скорость движения упаренного молока wм. = 0,5 м/с.
Диаметр штуцеров di, м, определяем по формуле
, (30)где
– расход каждого компонента, кг/с; – плотность каждого компонента, кг/м3; – скорость движения каждого компонента, м/с.Подставляя данные в формулу (30) получим
- диаметр штуцера входа греющего пара
м;- диаметр штуцера выхода конденсата
м;- диаметр штуцера выхода вторичного пара
м;- диаметр штуцера для входа молока
м;- диаметр штуцера для выхода упаренного молока
м.
2.5.1 Прочностной расчет выпарного аппарата
Определим толщину корпуса аппарата S, м, по следующей формуле
, (31)где
– принятый диаметр аппарата, м; – давление в межтрубном пространстве, МПа; – допускаемое напряжение материала корпуса, МПа. Принимаем равным 132 МПа для стали ВСт3пс; [8, стр. 105] – коэффициент прочности сварного шва. Принимаем равным 0,7; [8, стр. 102] – прибавка на коррозию, м. принимаем равной 3·10-3 м. [8, стр. 102]Подставляя имеющиеся данные в формулу (31) получим
м.Принимаем толщину корпуса аппарата равной 4 мм.
Определим суммарное осевое усилие в корпусе и трубках греющей камеры, возникающих от температуры Qt, по следующей формуле
, (32)где
, –давление в корпусе аппарата и сепараторе соответственно, МПа;. Задаемся давлением в сепараторе равным 0,02 МПа.Подставляя имеющиеся данные в формулу (32) получим
МПа.Осевые усилия в греющей камере аппарата и трубках определяем по следующим формулам соответственно
, (33) , (34)где
, – модуль упругости материала корпуса и трубок, МПа. Принимаем 2·105 МПа; , – площадь сечения трубок и корпуса соответственно, м
2.
Площадь сечения трубок
, м2, определяем по следующей формуле , (35)где
– число трубок, шт.подставляя имеющиеся данные в формулу (33) получим
.Площадь сечения корпуса аппарата
, м2, определяем по формуле , (36)где
- средний диаметр корпуса, м. Определяем по формуле , (37)где
– наружный диаметр корпуса аппарата, м. определяем по следующей формуле , (38)где S – толщина стенки корпуса, м.
Последовательно подставляя имеющиеся данные в формулы (38-36) получим
м, м, м2.Подставляя имеющиеся данные в формулы (33-34) получим
МПа, МПа.Проводим проверку
МПа.Условия выполняются.
Определим силовое воздействие труб на корпус аппарата следующим образом
, (39)где
, – коэффициент температурного расширения материала трубок и корпуса аппарата соответственно, 1/ºС. Принимаем для материала Ст3 равным 13,0·10-6 1/ºС при температуре от 0 до 100ºС; – расчетная длина труб, м;
, – разность рабочей и монтажной температур трубок и корпуса аппарата, ºС. Зададимся монтажной температурой - 20ºС, рабочей температурой труб - 98ºС, рабочей температурой корпуса - 94ºС. Соответственно , .Подставляя имеющиеся данные в формулу (39) получим
МПа.Определим суммарное осевое усилие от действия давления и разности температур в корпусе и трубах
МПа. МПа.Определим осевые и окружные напряжения для корпуса аппарата по следующим формулам соответственно
МПа, (40) МПа. (41)Проверяем корпус на прочность по следующему условию
, (42)где
– допускаемое напряжение материала корпуса, МПа. Принимаем равным для стали 132 МПа.Подставляя имеющиеся данные в формулу (42) получим
МПа.Условие прочности выполняется. [8]
2.5.2 Прочностной расчет фланцевых соединений
Расчетная нагрузка, действующая от внутреннего избыточного давления (рр.в.), определяется по формуле
, (43)где
– внутреннее избыточное давление, МПа. Принимаем равным давлению в аппарате 0,1033 МПа, - средний диаметр прокладки, м. Определяем по формуле , (44)где
- наружный диаметр прокладки, м,