Курсовая работа: Подбор и расчет теплообменной установки, предназначенной для использования в производстве крепленого вина
где D – внутренний диаметр кожуха, м;
σ д – допускаемое напряжение на растяжение для материала кожуха, МН/м2 (σ д = 140 МН/м2 ).
Коэффициент φ учитывает ослабление кожуха из-за сварного шва и наличия неукрепленных отверстий, φ = φ ш = 0,95.
Прибавка толщины с учетом коррозии Ск определяется формулой: Ск = П∙τа ,
П = 0,1 мм/год; τа = 10 лет, а суммарное значение толщины округляется до ближайшего нормализованного значения добавлением Сокр .
C к = П . τа = 0,1 . 10 = 0,001 м .
Границей применимости формулы для расчета кожуха является условие:
(δ - Ск ) / D ≤ 0,1.
Толщина кожуха с учетом запаса на коррозию и округления равна:
δ = 0,8 ∙ 0,392 / (2 ∙ 140 ∙ 0,95) + 0,001 = 0,0022 м = 2,2 мм.
Условие (0,0022 - 0,001) / 1 < 0,1 выполняется.
На основании данных практического использования кожухотрубчатых теплообменных аппаратов принимаем толщину стенки кожуха равной 4мм.=0,004м.
Допускаемое избыточное давление в обечайке можно определить из формулы:
рд = 2 ∙ σ д ∙ φ ∙ (δ - Ск ) / ( D + (δ - Ск )) =
= 2 ∙ 140 ∙ 0,95 ∙ (0,0022 - 0,001) / (0,8 + (0,0022 - 0,001))= 0,39 МПа.
Расчет толщины днища
Составным элементами корпусов химических аппаратов являются днища, которые обычно изготавливаются из того же материала, что и кожуха, и привариваются к ней. Днище неразъемно ограничивает корпус горизонтального аппарата с боков. Форма днища может быть эллиптической, сферической, конической и плоской. Наиболее рациональной формой днищ для цилиндрических аппаратов является эллиптическая. Днища такой формы изготавливаются из листового проката штамповкой и могут использоваться в аппаратах с избыточным давлением до 10 МПа. Толщину стандартных эллиптических днищ, работающих под внутренним избыточным давлением р, рассчитывают по формуле, которая справедлива при условии: (δ - Ск) / D ≤ 0,125.
Примем, что днище у аппарата стандартное отбортованное эллиптическое сварное и в нем нет неукрепленных отверстий.
Примем φ = φш = 0,95.
Толщина днища:
δ = D ∙ p / (2 ∙ σд ∙ φ) + Ск + Сокр = 0,8∙ 0,3924 / (2 ∙ 140 ∙ 0,95) + 0,001= 0,0022 м = 2,2 мм.
Требуемое условие (0,0022 - 0,001) / 1 < 0,125 выполняется. Исходя из условия, по которому толщина стенки полусферического днища должна быть не меньше толщины стенки кожуха принимаем толщину стенки днища равной 5мм.=0,005м.
Расчет фланцевых соединений
Подсоединение трубопроводов к сосудам и аппаратам осуществляется с помощью вводных труб или штуцеров. Штуцерные соединения могут быть разъемными и неразъемными. Наиболее употребительны разъемные соединения с помощью фланцевых штуцеров. Стальные фланцевые штуцера представляют собой короткие куски труб с приваренными к ним фланцами либо с фланцами, удерживающимися на отбортовке, либо с фланцами, откованными заодно со штуцером. В зависимости от толщины стенок патрубки штуцеров могут быть тонко- или толстостенными. Штуцера не рассчитывают на прочность, а выбирают. Типы штуцеров определены действующими стандартами, сводную таблицу которых можно найти в справочнике.
По назначению все фланцевые соединения в химическом аппаратостроении подразделяются на фланцы для трубной арматуры и труб и фланцы для аппаратов. Фланцевое соединение состоит из двух симметрично расположенных фланцев, уплотнительного устройства и крепежных элементов.
Конструкцию фланцевого соединения принимают в зависимости от рабочих параметров аппарата: при р ≤ 2,5 МПа и t ≤ 300˚С применяют плоские приварные фланцы (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Конструкция плоского приварного фланцевого соединения
Во фланцевых соединениях при р ≤ 2,5 МПа и t ≤ 300˚С применяют болты.