Производство карбамида. Курсовая работа. Курсовой 5 курс. Однак, в цих дослідах карбамід одержати взагалі не вдалося

• Название: Однак, в цих дослідах карбамід одержати взагалі не вдалося
• Анкор: Производство карбамида. Курсовая работа
• Дата: 16.01.2023
• Размер: 0.53 Mb.
• Имя файла: Курсовой 5 курс.doc
• Тип: Документы; #889075
• страница: 3 из 3

9.1 Выбор конструкционного материала и допускаемые напряжения

Розрахунковий тиск Р = 28 МПа.

Розрахункова температура дорівнює температурі усередені апарату t = 200 °С.

В якості основного конструкційного матеріалу обираємо сталь 12ХГНМ [2 c.120], товщина листу 4 мм, для якої при 200 °С:

σ_в = 666 МПа, σ_т = 468 МПа [2c.120].

Нормативна допускаєма напруга:

σ* = min(σ_в/n_в; σ_т/n_т) [2 c.120]

де, n_в = 2,6; n_т = 1,5 – коефіцієнти запасу міцності

σ* = min(666/2,6 = 256 МПа; 468/1,5=312 МПа) = 256 МПа

Допускаєма напруга:

[σ] = ησ* = 1,0·256 = 256 МПа

η = 1,0 – поправочний коефіцієнт ураховуючий умови експлуатації.

Поправка на корозію:

С = ПТ_а =0,0001·10 = 0,001 м

де П = 0,0001 м/год – швидкість корозії

Т_а = 10 – срок службы аппарата

Тиск гідравличних випробувань

Р_ги = 1,25Р[σ]₂₀/[σ]₂₅₀ = 1,25·28·283/256 = 39 МПа

Приймаємо Р_ги = 39 МПа

при 20 °С: σ_в = 736 МПа, σ_т = 540 МПа [1c.120].

σ* = min(736/2,6 = 283 МПа; 540/1,5=360 МПа) = 283 МПа

Допускаєма напруга:

[σ] = ησ* = 1,0·283 = 283 МПа

9.1 Розрахунок товщини стінки корпусу апарату

Рисунок 9.1 – розрахункова схема колони

Розрахунковий коефіцієнт товстостіності [3 с.3]:

lnβ = p_p/[σ]φ = 28/(256·1) = 0,1 → β = 1,105

φ = 1 – коефіцієнт міцності сварного шву

Расчетная толщина стенки [3 с.3]:

s_р = 0,5D(β – 1) = 0,5·2(1,105 – 1) = 0,105 м

Виконавча товщина обечайки:

s > s_p + C = 0,315 + 0,001 = 0,106

При гідравличних випробуваннях

lnβ = p_p/[σ]φ = 39/(256·1) = 0,15 → β = 1,162

s_р = 0,5D(β – 1) = 0,5·2(1,162 – 1) = 0,162 м

s > s_p + C = 0,461 + 0,001 = 0,163 м

Приймаємо по Держстандарту 19903–74 s =180 мм,

тоді коефіцієнт товстостіності:

β = (D+2s)/(D+2C) = (2,0+2·0,18)/(2,0+ 2·0,001) = 1,179

Робочий тиск,що допускається [3 с.3]:

[p] = [σ]φlnβ = 256·1,0·ln1,179 =42,24 МПа

Умови р < [p] виконується.

Приймаємо товщину внутрішньої обечайки 20 мм.

9.2 Розрахунок товщини стінки элиптичного днища корпусу

Внутрішня висота элиптичної части днища:

Н_д = 0,25D = 0,25·2,0 = 0,5 м

Розрахункова товщина элиптичного днища [3 с.5]:

s_д.р =

φ = 1,0 – коефіцієнт міцності зварних з’єднань

s_д.р = 28·2.0·2,0/[(4·256·1,0 – 70)2·0,5] = 0,113 м

Виконавча товщина днища

s_д = s_д.р + С = 0,113 + 0,001 = 0,114 м

Приймаємо s_д.= 0,12 м

Рабочий допускаємий тиск [3 с.6]:

[p] =

= 4·256·1,0/[2,0·2,0/2·0,5(0,12-0,001) + 1] = 30 МПа

Умови р < [p] виконуються.

Фактичний коефіцієнт товстостіности

β = (D+2s)/(D+2C) = (2,0+2·0,12)/(2,0+ 2·0,001) = 1,12

Висота отбортовки днища [3 с.6]

h_o > 0,5D(β – 1) = 0,5·2,0(1,12 – 1) = 0,12 м

Приймаємо h_o = 0,12 м



Рисунок 9.2 – Днище элиптичне

9.2 Розрахунок товщини стінки плоскої кришки корпусу

Товщину плоскої кришки визначають за формулою [4 с.132]:



де D_а – наружний діаметр кришки;

D_б – діаметр кола центрів шпилек;

d_ош – діаметр отвір під крепежную шпильку;

F – розрахункове зусилля;

Маємо D_а = 3020 мм; D_б = 2700 мм; d_ош = 158 мм; D_ср = 1100 мм;





Рисунок 9.3 – Кришка плоска
9.4 Расчет массы аппарата

Масса корпуса аппарата

m_к = 0,785(D_н²-D_вн²)Нρ

где D_н = 2,36 м – наружный диаметр корпуса;

D_вн = 2,00 м – внутренний диаметр корпуса;

Н = 29 м – высота цилиндрической части корпуса

ρ = 7800 кг/м3 – плотность стали

m_к = 0,785(2,362-2,02)29·7800 = 845503 кг

Общая масса аппарата.

Принимаем, что масса вспомогательных устройств (штуцеров, фланцев и т.д.) составляет 10% от основной массы аппарата, тогда

m = 0,1(m_к + m_вс + m_д + m_кр) = 657771 кг = 6,45 МН

Масса аппарата заполненной водой при гидроиспытании.

Масса воды при гидроиспытании

m_в = 1000(0,785D_к² · H_ц.к + V_д + V_кр) =

= 1000(0,785·2,02·18,3 +0,26 + 1,42) = 66914 кг

Максимальный вес аппарата

m_max = m + m_в = 657771 + 66914 = 724685 кг = 7,10 МН

9.5 Расчет опоры аппарата

Аппараты вертикального типа с соотношением Н/D > 5, размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми юбочными цилиндрическими опорами, конструкция которых приводится на рисунке.



Рисунок11 – Опора аппарата
Принимаем толщину цилиндрической стенки опоры S= 20 мм.

Материал опоры сталь Ст 3 ГОСТ 380-88

σ_в = 380 МПа; σ_т = 220 МПа; Е = 2,10·10⁵ МПа; [σ] = 146 МПа

Диаметр опоры равен 2,80 м.

Размеры опорного кольца.

Внутренний диаметр кольца принимаем D₂ = 2,65 м

Наружный диаметр кольца принимаем D₁ = 3,12 м

Опорная площадь кольца

F = 0,785(D₁² – D₂²) = 0,785(3,122 – 2,652) = 2,13 м²

Момент сопротивления опорной площади кольца

W = π(D₁⁴ – D₂⁴)/32D₁ = π(3,124 – 2,654)/32·3,12 = 1,43 м⁴

Напряжение сжатия в стенке опоры с учетом отверстия для лаза

d = 0,5м

σ_с = G_max/[π(D+S) – d](s - c) =

= 7,10/[π(2,80+0,020) – 0,5](0,020-0,001) = 44,7 МПа

Напряжение на изгиб в стенке опоры

σ_и = М/π(D + s)2(s - c) =

= 3,270/π(2,80+0,020)2(0,020-0,001) = 6,9 МПа

Отношение

D/2(s - c) = 2,82/2(0,020– 0,001) = 74

по этой величине по графику [2c.418] находим коэффициенты:

k_и = 0,08; k_c = 0,06

K_c = 875σ_тk_c/E = 875·220·0,08/2,1·105 = 0,073

Kи = 875σ_тk_и/E = 875·220·0,06/2,1·105 = 0,055

Допускаемые напряжения на сжатие и изгиб в обечайке опоры

[σ_с] = К_сЕ(s - c)/D = 0,073·2,10·10⁵(0,020 – 0,001)/2,80 = 104 МПа

[σ_и] = К_иЕ(s - c)/D = 0,055·2,10·10⁵(0,020 – 0,001)/2,80 = 78 МПа

Устойчивость цилиндрической опоры

= 44,7/104 +6,9/78 = 0,52 < 1

устойчивость обеспечена.

Максимальное напряжение на сжатие в сварном шве, соединяющем цилиндрическую опору с корпусом аппарата, при коэффициенте сварного шва φ_ш = =0,7

=

7,10/0,7π(2,80+0,020)(0,020 – 0,001) + 4·3,270/0,7π(2,80+0,020)2(0,020– 0,001) = 99,6 МПа < [σ_с]

Максимальное напряжение сжатия на опорной поверхности кольца



7,10/2,13+ 3,270/1,43 = 5,6 МПа < 10 МПа

Номинальная расчетная толщина опорного кольца при l = 0,1 м

1,73·0,1(5,6/146)^0,5 = 0,034 мм

с учетом прибавки на коррозию принимаем округляя размер s = 0,036 м

Наименьшее напряжение на опорной поверхности кольца:

при максимальной силе тяжести аппарата

7,10/2,13 – 3,270/1,43 = 1,05 МПа

при минимальной силе тяжести аппарата

6,45/2,13 – 3,270/1,43 = 0,74 МПа

Расчетным является наибольшее по абсолютной величине значение σ – при максимальной силе тяжести аппарата.

Общая условная расчетная нагрузка на фундаментные болты

Р_б = 0,785(D₁² – D₂²) ·σ = 0,785(3,122 – 2,652)1,05·10⁶ = 1,76 МН

Принимаем количество фундаментных болтов z = 8, тогда нагрузка на один болт

Р_б1 = 1,76/8 = 0,22 МН

Расчетный внутренний диаметр резьбы фундаментных болтов

(4·0,22/π·453)^0,5 + 0,001 = 0,026 м

принимаем болты М42, у которых d₁ = 35,6 мм

Диаметр болтовой окружности

D_б = D + 2S + 0,12 = 2,80+ 2·0,020+ 0,12 = 2,96 м

Принимаем D_б = 3,00 м.

10 СПИСОК ПОСИЛАНЬ

1. 
   Атрощенко В.И., Гелперин И.И. Методы расчетов по технологии синтеза связанного аммиака. 320с
   
2. 
   Сосуды и трубопроводы высокого давления: Справочник/ Хисматуллин Е.Р., Королев Е.М., Лившиц В.И. и др. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.
   
3. 
   ГОСТ 25215-82: «Сосуды и аппараты высокого давления. Обечайки и днища. Нормы и методы расчета на прочность».
   
4. 
   Ложкин А.Ф., Рябчиков Н.М., Ведерников С.А.: Учебное пособие. Пермь. Пермский Политехнический институт, 1978 – 137с.
   
5. 
   ГОСТ 26303-84: «Сосуды и аппараты высокого давления. Шпильки. Методы расчета на прочность».
   
6. 
   ОСТ 26373-78 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность фланцевых соединений».
   
7. 
   Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И.: Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированиию – М: Химия, 1991 – 496с.
   
8. 
   51273-99: «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность».