Конструктивний розрахунок кришки проміжної (між обичайкою та теплообмінником)

4.3 Конструктивний розрахунок кришки проміжної (між обичайкою та теплообмінником)

Для даного апарату доцільно використати конічну кришку .У випадку відсутності даних для розрахунку конічних кришок, конічну кришку замінимо сферичною , і оскільки тангенціальні сили ,викликані великим тиском, дуже серйозні , то на металоємності це позначиться малопомітно. Формула для розрахунку товщини стінки сферичної кришки:

 (4.10) S=2.5*30*0.8/(4*140*1-30)=0.113м

Розрахунковий коефіцієнт товстостінності для сферичних кришок:

 (4.11)

 

Згідно методики  обираємо ближній більший -1.15.

 (4.12) S=(1.15-1)/0.8=0.12м

Мінімальна товщина кришки в місці розташування пазу під ущільнення у випадку застосування двухконусного обтюратора:

 (4.13)

D_a >D_b+2d_p

D_b=1600+250+250=2100

D_a=2220

З таблиці 2.4(стор 146) Dcp=1613

h_cp=58

α=30^o

Осьова сила на обтюраторне кільце:

F_о=0.5πp_pDcp h_cptgα (4.14) F_о=0.78МН

Рівнодіюча внутрішнього тиску на кришку: F_p =πDcp²p/4 (4.15)

F_p=58.9МН

F= F_о + F_p =60MH

Приймаємо d_ow=60мм

приймаємо 160мм.Для верхнього зрізу кришки:

D_b=1000+160+160=1320 мм

D_a=1440

З таблиці 2.4(стор 146) Dcp=1009 h_cp=35 α=30^o

Приймаємо 140 мм.

4.4 Конструктивний розрахунок верхньої кришки

Верхню кришка буде плоскою. Її товщину розрахуємо за формулою:

 (4.16)

D_b=1000+160+160=1320

D_a=1440

З таблиці 2.4(стор 146) Dcp=1009

h_cp=35

α=30^o

F=25 MH м

Приймаємо s=0.280м. Мінімальна товщина кришки в місці розташування паза під ущільнення у випадку застосування двоконусного обтюратора:

 (4.17)

Приймаємо 140 мм.

4.5 Конструктивний розрахунок каталізаторної коробки

Каталізатор типу СА-1 має густину 4.8 г/см3 . Вільний об’єм при завантаженні насипом складає 10-30%. Приймемо 20%. При необхідних нам 23.8 м3 каталізатора загальна вага каталізатора в каталізаторній коробці складе :

23.8*4.8*(1-0.2)=82 тони.

При 4 шарах каталізатору на один шар припадатиме 21 тона ваги. Загальна осьова сила на корпус каталізаторної коробки складе :

82*10³ *9.81=0.8 МН

Коробка буде працювати під зовнішнім надлишковим тиском до 3МПа та при температурі корпусу 400 ^оС.

Параметри каталізаторної коробки:

D_вн =1.4 м d_тр=120 мм

V_кат=24 м3

Н_кат=23.8/(π*0.7²)=13.6 м

Приймемо , що висота насипу 15 м.

Для розрахунку товщини корпусу необхідно визначити коефіцієнт К₂ з номограми :

 (4.18)  (4.19)

 (4.20)

 (4.21)

З номограми К₂=2.5. Розрахунок товщини стінки ведемо за формулою:

s_p=max (4.22)

s_p=max=35.2 мм

приймаємо 36мм. Допустимий зовнішній тиск визначаємо за формулою: p_H=2σ(s-c)/(D+s-c) (4.23) p_H=2*130*(0.036-0.008)/(1.4+0.036-0.008)=6.4 МПа

Допустимий тиск з умови стійкості в межах пружності:

, (4.24)

Де n- коефіцієнт запасу стійкості для робочого стану 2.4. Проводимо розрахунок:

 =2.84 МПа

 (4.25) МПа

Допускаєма осьова сжимаюча сила:

 (4.26)

МН

Допустиме осьове сжимаюче зусилля з умови стійкості в межах пружності:

 (4.27)

МН

Осьова сжимаюча сила визначається за формулою:

 (4.28)

МН

Умова стійкості корпуса при одночасній взаємодії цих сил має вигляд:

 (4.29)

,

отже умова виконується, приймаємо товщину стінки 36мм.

Розрахунок опор для колосникових решіток Оскільки вага одного шару каталізатора становить 21 тона , то очевидно , що необхідна спеціальна конструкція для утримання такої ваги . В якості такої конструкції застосуємо ребра (балку прямокутного перерізу) на які стелитимуться колосникові решітки. Розмістимо їх з кроком 10 см починаючи від центру на відстані 6см (де проходитиме центральна труба діаметром 120мм ) . Навантаження , створюване каталізатором , становить: F=21000*9.8/( π*1.4²/2)=0.134 МН/м2 Довжини балок при віддалені від центру зменшуються за синусоїдальним законом:

 (4.30)

Де n- відповідно порядковий номер від середини і становлять відповідно

L₁=1.396м

L₂=1.382м

L₃=1.338м

L₄=1.261м

L₅=1.145м

L₆=0.976м

Згинаючий момент дорівнює :

 (4.31)

Діюча сила пропорційна площі:

 (4.32) , (4.33)

Де b- ширина балки , 20мм, h –висота, м.

Проводимо розрахунок та заносимо в таблицю 4 результати:

Таблиця 4

Довжина м	Діюча сила , пропорційна площі, МН	Згинаючий момент МНм	h ,м
1.396	0.019	0.0133	0.182
1.382	0.0185	0.0128	0.179
1.338	0.0179	0.012	0.173
1.261	0.0169	0.011	0.165
1.145	0.0153	0.009	0.15
0.976	0.0131	0.007	0.133

Приймаємо 185 мм (2шт), 180 мм (4шт), 150мм (4шт) для усього перерізу .

Розрахуємо опори для цих балок , що матимуть наступний вигляд:

Переріз балок по 185 мм- 0.038м². При товщині опори 10 мм периметр кріплення (зварного шва) має складати 0.038/0.01=0.38м , тобто при φ_звар=0.95 матимуть наступне кріплення:

Колоснкові решітки (12Х18Н10Т) повинні на 1 м довжини мати площу перерізу:

= 13.9*10^{-5 м2} ,

де 1.3 –коефіцієнт ,що враховує згинання перерізу решітки , аби витримати на розрив вагу каталізатору.

4.6.Конструктивний розрахунок теплообмінника

Теплообмінник буде працювати під зовнішнім надлишковим тиском до 3МПа та при температурі корпусу 350 ^оС.

Параметри рубашки теплообмінника:

D_вн =0.8 м

Н=9м (див.п3.3)

Для розрахунку товщини корпусу необхідно визначити коефіцієнт К₂ з номограми  за формулами:

 (4.18)

 (4.19)

 (4.20)

 (4.21)

З номограми К₂=2.4. Розрахунок товщини стінки ведемо за формулою:

s_p=max (4.22)

s_p=max=19.2 мм

приймаємо 20мм. Допустимий зовнішній тиск визначаємо за формулою: p_H=2σ(s-c)/(D+s-c) (4.23) p_H=2*130*(0.02-0.0008)/(0.8+0.02-0.0008)=6.34 МПа

Допустимий тиск з умови стійкості в межах пружності:

, (4.24)

Де n- коефіцієнт запасу стійкості для робочого стану 2.4. Проводимо розрахунок:

 =2.3 МПа

 (4.25)

МПа

Умова стійкості корпуса :

 (4.26 а)

,

отже умова виконується, приймаємо товщину стінки 20мм.

Вага теплообмінника дорівнює сумі мас рубашки : S_перер*Н*ρ=4 900 кг

Труб: S_перер*Н*ρ*n=524 кг

Та трубних решіток. Для визначення товщини решіток розрахуємо їх як плоске днище для апарату під надлишковим тиском 3МПа:

s_p=max (4.34)

К=0.53 (2.стор21) К_о (4.35)

s_p=max=20 мм

Вага двух трубних решіток 77 кг

Загальна вага 5 501 кг , оскільки вагу перегородок не визначали , округлимо до 6 000кг