Технологические расчеты

Технологический расчет основного оборудования.

Размер аппарата определяется его производительностью:

Объем аппарата определяем по формуле

V= ³

Где g – производительность, кг/ч

t_преб. – время пребывания, ч

φ –коэффициент заполнения

ω – выход продукта с единицы объема

ω= w*ρ, где w=m_пр. / m_р.см.

m_{пр. –} масса продукта, кг/ч

m_р.см. – масса реакционной смеси, кг/ч

ρ – плотность реакционной смеси, кг/м³

w=

ω = 0,92*1130,75=1040,29 кг/м³

V= ³

Принимаем аппарат объемом 1м³

Техническая характеристика.

Примечание: допускается замена углеродистой стали на сталь с более высокими механическими свойствами, разрешенную «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», без пересчета.

Исходные данные.

Таблица 11

№	Наименование параметров	Обозначение	Величина
	Рабочее давление в корпусе	Р	вакуум
	Рабочее давление в рубашке	Р	6 кгс/см 2
	Расчетное наружное давление на корпус	Рн	7 кгс/см2 ,1 кгс/см2
	Расчетное внутренне давление в рубашке	Рр	6 кгс/см 2
	Рабочая температура в корпусе	t	150 ° C
	Рабочая температура в рубашке	t´	200 ° C
	Расчетная температура в корпусе	t	200 ° C
	Расчетная температура в рубашке	t´	250 ° C
	Допускается напряжение при t=200 ° C для материала Обечайки корпуса 12x18Н10Т Днища корпуса 08x22Н6Т	[r] [r] 1	1400 кгс/см 2 1930 кгс/см 2
	Допускаемое напряжение при t= 250 ° C для материала рубашки Всm3nc4	[r] 1	1200 кгс/см 2
	Модуль продольной упругости при t=200 ° C для материалов 12x18H10T	E	1.97*106 кгс/см 2
	Коэффициент запаса устойчивости	Пу	2,4
	Коэффициент прочности сварного шва		1,0
	Внутренний диаметр корпуса	D	100 см
	Внутренний диаметр рубашки	D´	110 cм
	Толщина стенки обечайки корпуса	S	1,0 см
	Толщина стенки днища корпуса	S1”/S 1	0,8/1,0 см
	Толщина стенки обечайки рубашки	S 1	0,8 см
	Толщина стенки днища рубашки	S 11	0,6 см
	Прибавка на коррозию	с	0,2 см
	Длина обечайки корпуса по паспорту	l	109 см
	Длина обечайки рубашки по паспорту	l 1	975 см

9.2 Расчет количества оборудования.

Количество оборудования определяется по формуле:

n= G_t *t/g*t_эф.

Где G_t – производительность аппарата,кг/год

t- коэффициент запаса прочности (1,05÷1,2)

g – производительность, кг/ч

t_эф. – эффективный фонд времени работы установки, ч

g=

n=

выбираем два реактора объемом 1 м³.

7.Механический расчет.

Расчет обечайки, нагруженной наружным давлением P_н = 7 кгс/см²

Допускаемое наружное давление

7.36 кгс/см² > 7 кгс/см²

где допускаемое давление из условия прочности

кгс/см²

а допускаемое давление из условия устойчивости а пределах упругости:

B1 = min

Расчет эллиптического днища, нагруженного наружным давлением P_н = 7 кгс/см²

Допускаемое наружное давление:

кгс/см² > 7 кгс/см²

где допускаемое давление из условий прочности:

кгс/см²

R=D

а допускаемое давлен ие из условия устойчивости в пределах упругости

К_э

Где x=10*

H=0.25D=0.25*100=25 см.

Расчет мешалки.

Для перемешивания применяем лопастную мешалку

Диаметр мешалки равен:

dм=Dв/(1,4 ÷1,7),мм

где Dв-внутренний диаметр аппарата

dм=

b=0.1dм

b=0.1*700=70мм

hм=(0,1 ÷0,3)dм

hм-расстояние от днища аппарата до мешалки,мм

hм=0,3*700=210мм

Стандартные параметры для лопастной мешалки dм=700мм

Скорость вращения:

ω=6,6 рад/сек

n=1,05сек^-1

n=63,0 об/мин

Мощность =0,16 кВт

Расчет мощности:

Расчетная мощность N_м (Вт), потребляемая перемешивающим устройством собственно на перемешивание определяется по формуле:

N_м=κ_N*ρ_с*h³*d_м⁵, Вт

где d_м-диаметр мешалки, м

ρ_с-плотность перемешиваемой среды, кг/м³

h- частота вращения мешалки, об/сек

κ_N- критерий мощности

κ_N зависит от центробежного критерия Re_ц, отношение Dв/dм, типа перемешивающего устройства.

Центробежный критерий Re_ц

Re_ц=ρ_сhd_м²/μ_с

где μ_с- динамический коэффициент вязкости смеси, H ּсек/м²

Re_ц=(1130,75*1,05*(0,7)²)/3000*10^-6=2*10⁵

κ_N=0,18

N_м=0,18*1130,75*(1,05)³*(0,7)⁵=39,6 Вт

Мощность, определяемая с учетом влияния внутренних устройств:

N=к₁*к₂*к₃*N_м

N=1.3*1.2*1.1*39.6=68 Bт

Мощность двигателя:

N_дв=

где - КПД редуктора ( =0,93)

-коэффициент запаса ( =1,25)

N_дв=

Выбирается электродвигатель типа ВАО-42-4 исполнение обычное с мощностью 3,0 кВт и числом оборотов 270 об/мин

Размеры мешалки:

d_м=700 мм

d=50мм

b=70 мм

s=8 мм

m=6,3 кг

М_к^*=84Hм

М_к^*- наибольший крутящий момент при спусковой мощности.

Проверочный расчет вала.

Предварительный минимальный диаметр вала:

d= 1.71 ^{3 ,} м

где М` _к - расчетный крутящий момент на валу с перемешивающим устройством, Н*м

τ – допускаемое напряжение на кручение для материала вала. Для стали τ=44*10⁶ Н/м²

М`_к = , Н*м

где N`_м – расчетная мощность, расходуемая на перемешивание, Вт

ω – угловая скорость вращения перемешивающего устройства, рад/сек

М`_к = Н*м

d=1.71 м

Масса единицы длины сплошного вала:

m=

где ρ – плотность материала вала, кг/м³ . Для стали ρ=7,85*10³ кг/м³

m=7.85*10³

Определим момент инерции поперечного сечения вала:

y=

y=

Определим коэффициенты к и а₁:

к=

а₁=

где М_м- масса перемешивающего устройства, кг

l₁ и L – длина соответствующих участков вала

к=

а₁=

По полученным значениям из графика на рис. находим корень L частного уравнения:

L= f(к,а₁)= f(4,05;0,7)=1,4

Первую критическую скорость определяем по формуле:

где L – расчетная длина вала, м

E- модуль упругости материала вала, Н/м². Для стали E=2,2*10¹¹ Н/м².

ω₀₁= рад/сек

ω≤0,7 ω₀₁

6,6<2.6

Условие не выполняется. Конструктивно диаметр вала принимаем 50 мм.

Расчет фланцевых соединений.

Конструктивные размеры фланца.

Толщина втулки принята s_о = 20 мм

s < s_o < l,3×s (16 < 20 < 20,8)

s_o – s < 5 (20 – 16 = 4 мм < 5 мм)

Толщина втулки:

s₁ = b₁×s_o = 1,4×20 = 28 мм

где b₁ = 1,4 при D/s_о = 1600/ 20 = 80 мм

Высота втулки:

мм.

Принимаем h_в = 50 мм = 0,05 м

Эквивалентная толщина втулки фланца

мм

Диаметр болтовой окружности:

D_б > D + 2(s₁ +d_б + u) = 1600 + 2×(28 + 24 + 5) = 1714 мм,

где u = 5 мм, d_б = 24 мм, при р_р = 0,6 МПа и D = 1600 мм.

Принимаем

D_б = 1730 мм = 1,73 м.

Наружный диаметр фланца D_н > D_б + а = 1730 + 47 = 1777 мм,

где а = 47 мм - для шестигранных гаек М24.

Принимаем D_н = 1780 мм = 1,78 м.

Наружный диаметр прокладки: D_н.п. = D_б – е = 1730- 70 = 1670 мм,

где е = 70 мм - для плоских прокладок d_б = 1730 мм.

средний, диаметр прокладки D_с.п. = Д_н.п. - b = 1670-20 = 1650 мм = 1,67 м

где b = 20 мм - ширина плоско й неметаллической прокладки для диаметра аппарата D = 1600 мм.

Количество болтов

n_б ³ p×D_б/t_ш = 3,14×1730/96 = 55,53,

где t_ш = 4×d_б = 4×24 = 96 мм -шаг расположения болтов.

Принимаем n = 68, кратное четырём.

Высота фланца: мм

где l_ф = 0,22

Принимаем

h_ф = 42 мм = 0,042 м

Нагрузки, действующие на фланец.

Равнодействующая внутреннего давления:

МН

Реакция прокладки.

R_п = p×D_с.п.×b_o×k_пр×р_р = 3,14×1,67×0,017×2,5×0,1 = 0,02 МН,

где k_пр = 2,5 - для паронита;

b_о - эффективная ширина прокладки

м

Коэффициент жесткости фланцевого соединения: k_ж = 1,26

Болтовая нагрузка в условиях монтажа

F_б1 = k_ж×F_Д + R_П = 1,26×0,22 + 0,02 = 0,24 MН

Болтовая нагрузка в рабочих условиях:

F_б2 = F_б1 + (1 – k_ж)×F_Д = 0,3 + (1 – 1,26)×0,22 = 0,3 МН

Приведённый изгибающий момент:

M_о = 0,5×(D_б – D_с.п)×F_б1 = 0,5×(1,73-1,67)×0,24 = 0,0072 МН×м.

Проверка прочности и герметичности соединения.

Условия прочности болтов

0,24/56×3,4×10^-4 = 12,6 МПа < 130 МПа

0,3/56×3,4×10^-4 = 15,7 МПа < 126 МПа

Условие прочности неметаллич еской прокладки:

0,3/3,14×1,67×0,02 = 2,8 МПа < 130 МПа

Максимальное напряжение в сечении фланца, ограниченном размером s₁:

МПа

Максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером s_о:

s_о = f_ф×s₁ = 1,25×6,9 = 8,6 МПа

Окружное напряжение в кольце фланца:

МПа

Напряжение во втулке от внутреннего давления:

Тангенциальное МПа

Меридиональное МПа

Условие прочности для сечения фланца, ограниченного размером s₁ = 76 мм

;

МПа < 195 МПа

Условие выполняется.

Условие прочности для сечения, ограниченного размером s_о = 20 мм,

МПа < 1×170 МПа

Условие выполн яется.

Условие герметичности:

рад < 0,009 рад

где [q] = 0,009 рад при D = 1600 мм < 2000 мм.

Условие выполняется.

Расчёт сопряжения рубашки с корпусом.

Определение вспомогательных параметров.

- коэффициент осевого усилия

- коэффициент, учитывающий расстояние между корпусом сосуда и рубашкой

- коэффициент длины сопряжения

- коэффициент отношения прочности корпуса и рубашки

относительная эффективная несущая длина конуса

- коэффициент сопряжения при помощи конуса

Допускаемое избыточно е давление в МПа

Толщина стенки конуса

м

s₂ ³ s_2R + c

s₂ = 4 + 2 = 6 мм, принимаем s₂ = 8 мм.

Условие применения формул

1,06 < 1,2 - условие выполняется

0,5 < 1,2. - условие выполняется.

Расчет опор.

Вес конструкции:

Вес, приходящийся на одну опору:

Материал корпуса аппарата и лап- сталь (); число ребер в лапе ; вылет опоры ; лапы опираются на деревянные подкладки (); толщина стенки цилиндрического корпуса аппарата (), диаметр корпуса .

Принимаем отношение вылета лапы к высоте ребра . Тогда:

Расчетную толщину ребра определяем по формуле:

где - коэффициент, зависящий от соотношения ; предварительно принимаем .

Отношение . При этом получается не менее , значит, является окончательной.

Принимаем с учетом прибавки на коррозию толщину ребра . Выбираем длину опорной плиты лапы , а толщину ее .

Расчетная ширина опорной плиты лапы:

Принимаем .

Ребра привариваются к корпусу сплошным круговым швом с катетом . Общая длина сварного шва:

Прочность сварного шва при проверяем по формуле:

,

т.е. прочность обеспечена.

Полагая и , определим максимальные напряжения сжатия в корпусе аппарата в месте присоединения к нему лап. Предварительно находим значения параметров:

;

;

Момент от реакции опоры, действующий на лапу при расчетном плече :

По графикам определяем значение коэффициентов К: для и и .

Параметр для нахождения моментов, действующих на корпус, определяем по формуле:

для определения меридиональных моментов:

;

для определения кольцевых моментов:

По графику при и определяем параметр , откуда:

По графику при и определяем параметр

, откуда:

Параметр для нахождения сил, действующих на корпус, определяем по формуле:

По графику определяем значение коэффициентов К: для и и .

Для и находим: по графику ; по графику , откуда значения и будут равны:

Суммарные напряжения сжатия в корпусе аппарата при толщине стенки в месте присоединения лапы (сверху) определяем:

в меридиональном направлении по формуле:

в кольцевом направлении по формуле:

Оба напряжения меньше допускаемого, и, следовательно, лапа может быть применена без накладки – ребра привариваются непосредственно к корпусу.

Расчет реактора:

1. Тепло, необходимое для нагрева самого реактора

Q₁= σ ∙ C_c ∙ (t _k - t _н) = 1580∙0,12 (383-293)=17067 ккал

G=1580 кг – масса реактора

C_c = 0,12 ккал/кг С ⁰ – теплоемкость стали

t _k= 383 К – конечная температура процесса

t _н= 239 К – начальная температура процесса

2. Тепло, необходимое для нагрева реакционной массы:

Q₂ = σ_П6 ∙ C_П6 ∙ (t _k - t _н) + σ_ТДИ ∙ C_ТДИ ∙ (t _k - t _н) + σ _б/д∙ C_б/д ∙ (t _k - t _н)

σ_{П6 =} 390,285кг – масса полиэфира

σ_{ТДИ =} 50,94 кг- масса ТДИ

σ _{б/д =} 8,775 кг – масса 1,4 бутандиола

C_П6 = 0,55 ккал/кг С⁰ – теплоемкость полиэфира

C_ТДИ =0,451 ккал/кг С⁰ – теплоемкость ТДИ

C_б/д = 0,48 ккал/кг С⁰ – теплоемкость ТДИ

t _k= 373 К – конечная температура процесса

t _н= 293 К – начальная температура процесса

Q₂ =390,285*0,55(373-293)+50,94*0,451(373-293)+8,775*0,48(373-293)=10761,15 ккал

3.Тепло, выделяющееся в ходе поликонденсации:

Q_выд.=63*292,76=18443,88ккал

63 ккал – тепло, выделяющееся на 1 моль прореагировавшего ТДИ

292,76 моль – количество моль ТДИ (

4.Общее количество тепла, затраченное на одну операцию:

Q₁₊ Q_{2 +} Q_выд.= 17067+10761,15+18443,88=46272,03 ккал

5. Среднечасовой расход тепла:

Q =

6. Градиент температуры

А=(t_к – t _гк)/ (t_к – t _гн)=(373-333)/(353-333)=2

∆_Тср. = С°

Находим необходимую поверхность рубашки:

F_{руб.расч.} = ²

F_{реальное} = 4 м²

3,81<4

Выполняется необходимое условие F_{руб.расч} <F_{реальное}

9.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Лащинский А.А. Толчинский А.Р. Справочник: Основы конструирования и расчета химической аппаратуры.-М.:Машиностроение,1963.732с.

2.Васильцов З.А. Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справ. пособие. Л.- Машиностроение, 1989. 271с.

3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю. И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983 г.272с.

4. Техническая документация аппарата: Паспорт сосуда, работающего под давлением (Регистрационный №774).

Date: 2016-01-20; view: 741; Нарушение авторских прав