Расчет реактора изомеризации. Пояснительная записка содержит 51 с., 11 табл., 16 рис., 14 литературных источников. Изомеризация, бензин, реактор, обечайка, днище, штуцер

• Название: Пояснительная записка содержит 51 с., 11 табл., 16 рис., 14 литературных источников. Изомеризация, бензин, реактор, обечайка, днище, штуцер
• Дата: 13.04.2022
• Размер: 1.4 Mb.
• Имя файла: Расчет реактора изомеризации.doc
• Тип: Пояснительная записка; #469392
• страница: 3 из 5

2.2 Механические расчеты отдельных узлов и деталей основного аппарата
2.2.1 Расчет толщины обечайки
Расчет проводим по ГОСТ 34233.1-2017 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность» [8].

Исходные данные [3]:

- максимальная температура в реакторе – 165 С,

- давление в реакторе – 3,00 МПа.

Принимаем рабочую температуру равной 165 ^оС, тогда расчетная температура на 20 % больше, и равна 200 ^оС.

Расчетное давление на 20 % больше. чем рабочее и равно Р_расч = 3,6 МПа.

Материал корпуса, сферических днищ, штуцеров, фланцев, крышек: сталь 15Х5М.

Допускаемое напряжение по ГОСТ Р 34233.1-2017 [8]: для стали 15Х5М при температуре t = 200 ⁰С:



Коэффициент прочности сварных швов для стыкового с подваркой корня шва или таврового с двусторонним сплошным проваром, выполняемые автоматической или полуавтоматической сваркой при длине контролируемых швов 100% от общей длины принимаем согласно [8]:

Прибавку на коррозию c с учетом скорости коррозии 0,15 мм/год принимаем: с = 3 мм.

Проведем расчет цилиндрической обечайки внутренним диаметром

D = 1500 мм.

Толщина стенки определяется следующим образом:

s s_р + с,

где s_р – расчетная толщина стенки рассчитывается по формуле:

, (2.1)

мм,

s 20,43 + 3 = 23,43 мм.

По данным [8] толщина обечайки составляет 25 мм. Принимаем s = 25 мм.

Проверяем полученное значение:
; (2.2)

= МПа;

Проверяем условие :

- условие соблюдается.

Принимаем толщину стенки: s = 25 мм.

2.2.2 Расчет толщины крышек и днища
Толщину стенки эллиптического днища определяем по формуле:

– нагруженные внутренним давлением

(2.3)

где s - расчетная толщина стенки эллиптического днища аппарата, мм;

= 1 – коэффициент прочности сварных швов [8];

= 146,38 МПа – допускаемое напряжение соответствующее расчетной температуре корпуса [8];

R – радиус кривизны в вершине днища, мм.

Радиус кривизны в вершине днища R равен (формула (4)) [8]:

R= (2.4)

R= = 1500 мм,

где R=D – для эллиптических днищ с Н=0,25 ·D= 0,25 · 1500= 375 мм.

D – внутренний диаметр аппарата.

Толщина стенки эллиптической крышки аппарата

20,3 мм.
s₁ = 20,3 + 3 = 23,3 мм

По данным [6] толщина эллиптического днища составляет 25 мм. Принимаем s = 25 мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление для днища [8]:

=3,90 МПа. (2.5)

Проверяем условие :

- условие соблюдается.

Принимаем толщину днища: s = 25 мм.
2.2.3 Расчет и подбор штуцеров, фланцев
Присоединение трубопроводов к аппарату осуществляется с помощью штуцеров.

В реактор подается газовая смесь в объеме

V_с м³/с.

Диаметр штуцеров рассчитываем по формуле:

, (2.6)

где V – объемный расход смеси, м³/с;

ω – скорость среды в штуцере, м/с;

Тогда диаметр штуцера ввода сырья равен:

м.

_{Принимаем стандартный штуцер внутренним диаметром 400 мм [10].}

В химических аппаратах для разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения преимущественно круглой формы. Фланцевые соединения должны быть прочными, жесткими, герметичными и доступными для сборки, разборки и осмотра. Фланцевые соединения стандартизованы для труб и трубной арматуры и отдельно для аппаратов. Конструкции стандартных стальных фланцев для труб и арматуры показаны на рисунке 2.3.

Выбираем фланцы приварные встык с выступом и впадиной.

Основные размеры подобранных фланцев к штуцерам в таблице 2.9 (табл. 13.3, стр. 217 [10]).
Таблица 2.9 – Основные размеры подобранных фланцев к патрубкам

Патрубок	Dу	Dф	Dб	Н	h	d	Z
	450	655	585	139	54	40	16

а – стальной приварной к корпусу; б – приварной встык с плоской поверхностью; 

в – приварной встык с выступом и впадиной; г – приварной встык с шипом и пазом (1:2,5 – рекомендуемый угол конусности)

Рисунок 2.2 – Типы фланцев


2.2.4 Расчет укрепления отверстий
Определение расчетных размеров:

Определение расчетного диаметра днища

мм.

Диаметр отверстия штуцера мм по табл. 10.2, стр. 179, [10].

Расчетная толщина эллиптического днища (по п. 2.2.2):

мм

Расчетная толщина штуцера

, (2.7)

где d – проходной диаметр штуцера, м,

р – внутреннее избыточное давление, МПа,

– допускаемое напряжение на растяжение для материала штуцера, МН/м²

( ),

– коэффициент, учитывающий ослабление штуцера из-за сварного шва, (для стали =1, т.к. берем штуцер, изготовленную из бесшовной трубы),

с – запас на коррозию, мм.

мм,

Принимаем толщину штуцера равной 12 мм (табл. 10.2, стр. 175 [10]).

Наибольший допустимый диаметр отверстия, не требующего укрепления, определяется по формуле [11]:

(2.8)

где s_R– номинальная расчетная толщина стенки корпуса аппарата без конструктивной прибавки

мм.

Так как < , укрепление обязательно.

Расчетная площадь вырезанного сечения

, (2.9)

м²

Расчетная площадь укрепляющего сечения укрепляемой стенки

, (2.10)

где b_1R – расчетная ширина зоны укрепления, м,

- исполнительная толщина штуцера, м.

, (2.11)

- расстояние от наружной стенки штуцера до ближайшего несущего конструкционного элемента на укрепляемом элементе, м.

, (2.12)

При этом необходимо, чтобы соблюдалось условие 0,7S ≤ s₁ ≤ 1,45s_R.

Примем утолщенный штуцер:

D_у = 400 мм, d = 468 мм, s₁ = 35 мм, H = 340 мм (таблица 10.4, с. 178, [13]);

м,

м,

Следовательно, м.

м².

Расчетная площадь укрепляющего сечения внешней части штуцера

, (2.13)

- расчетная длина внешней части штуцера, участвующего в укреплении, м.

, (2.14)

Принимаем мм

м

м²

Укрепление избыточным металлом произойдет, если выполнится условие:

,

> - условие выполнилось.

2.3 Расчет опор аппарата
Химические аппараты устанавливают на фундаменты или специальные несущие конструкции с помощью опор.

Для реактора выбираем опору тип 3 (с кольцевым опорным поясом [10]), рисунок 2.2.



Рисунок 2.2 – Общий вид опоры

Для расчета опоры аппарата необходимо знать вес аппарата.

Масса аппарата находится по формуле:

(2.15)

где т_кр – масса крышки аппарата, кг;

т_об – масса средней части аппарата, кг;

т_кат – масса катализатора, кг;

Массу крышки аппарата находим по формуле:

(2.16)

где D – диаметр крышки, м,

s₁ – толщина крышки, м,

Н – высота крышки, м

ρ_ст – плотность стали, для стали плотность равна 7850 кг/м³ (табл. II, стр. 510, [12]), тогда

кг.

Масса обечайки аппаратаравна:

(2.17)

где D – диаметр обечайки, м;

s – толщина обечайки, м;

Н – высота обечайки, м;

ρ_ст – плотность стали, кг/м³, для стали плотность равна 7850 кг/м³ (табл. II, стр. 510, [12], тогда

кг.

Объем катализатора ATIS-2L равен 13,68 м³, насыпная плотность 760 кг/м³ [3]. Тогда масса катализатора

кг.

Следовательно, масса всего аппарата в рабочем состоянии будет равна:

кг.

В рабочем состоянии нагрузка на опору составит:



При гидроиспытаниях аппарат наполняется водой. Масса воды при гидроиспытаниях:

m_в= 1000· 0,785 · D² · H = 1000 · 0,785 · 1,5 · 13,50 = 15896,25 кг.

Тогда максимальная нагрузка на опору равна:

(2.19)



По результатам расчетов принимаем опору тип 2 с допускаемой нагрузкой Q = 500 кН (табл. 14.1, стр. 275 [10]). Основные размеры заданных опор приводятся в таблице 2.2:
_{Таблица 2.3 – Основные размеры опор (тип 3, Q = 500 кН)}

D, мм	D1, мм	D2, мм	D3, мм	s1, мм	s2, мм	s3, мм	d, мм	dБ, мм	число болтов Z, шт.
1500	1780	1400	1660	8	20	20	35	30	8

3 Механические расчеты теплообменного оборудования
Осуществим расчет теплообменника Е-303, в котором сырье изомеризации нагревается паром давлением 4,8 МПа и температурой 260 ^оС. сырье изомеризации нагревается от температуры 135 ^оС до температуры 165 ^оС.

Выбран двухходовой теплообменник с диаметром кожуха 0,800 м, длина труб 3,0 м, поверхность теплообмена 104 м².

Давление в теплообменнике 4,8 МПа [3], расчетное давление принимаем на 10 % больше, т.е. P_расч = 5,3 МПа.

Группа материального исполнения – М1. Материал: кожуха – ВСт3сп5 ГОСТ 14637-79; распределительной камеры и крышки – ВСт3сп5 ГОСТ 14637-89; трубы – сталь 10 ГОСТ 8733-87 [8].

Допускаемое напряжение по ГОСТ Р 34233.1-2017 [8]: для стали ВСт3 при температуре t = 260 ⁰С:



Коэффициент прочности сварных швов для стыкового с подваркой корня шва или таврового с двусторонним сплошным проваром, выполняемые автоматической или полуавтоматической сваркой при длине контролируемых швов 100% от общей длины принимаем согласно [8]:

Прибавку на коррозию c с учетом скорости коррозии 0,15 мм/год принимаем: с = 3 мм.