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: 4 из 5

3.1 Расчет толщины обечайки
Толщина стенки корпуса s_p цилиндрического аппарата, работающего с избыточным давлением P, определяется выражением:

(3.1)

где p_расч – расчётное давление, МПа;

D – диаметр, мм;

φ – коэффициент прочности стыкового сварного шва, выполняемого вручную с одной стороны, при 100% длине контролируемых швов  = 1 [8];

с – поправка на коррозию, см (с = 3 мм) [8].

D_вн= 800 мм – внутренний диаметр корпуса;

м.

Принимаем стандартную толщину стенки s = 25 мм [10].


Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитываем по формуле:

(3.2)

Подставляя численные значения, получим:

МПа.

Проверяем условие :

- условие соблюдается.

Таким образом, по [18] принимаем толщину стенки теплообменника мм.
3.2 Расчет толщины крышек и днищ
Днища и крышки изготавливаются из того же металла, что и корпус аппарата. В теплообменных аппаратах чаще всего применяются эллиптические или сферические днища с отбортовкой для обеспечения качественной сварки с цилиндрической части корпуса или крышки.

Толщина стенки днища (s₁, мм), нагруженного внутренним избыточным давлением, определяется по формуле 2.4 [10]:

; (3.3)

где R – радиус кривизны в вершине днища.

R = D­ – для эллиптических днищ с Н_Д=0,25 D.

Следовательно, из формулы 3.3 толщина стенки днища будет равна:

мм.

Толщина днища s₁, мм, рассчитывается по формуле 2.12 [10]:

s₁ = s_1Р + c, (3.4)

где s₁ – толщина днища, мм;

s_1Р – расчётная толщина днища, мм.

Подставив значения величин в формулу 3.4 получим:

s₁ = 18,2 + 3 = 21,2 мм.

Принимаем толщину днища равной 25 мм. Допустимое внутреннее избыточное давление ([p], МПа), определяется по формуле 2.6 [8]:

; (3.5)

МПа.

Проверяем условие :

- условие соблюдается.

Это означает, что выбранное днище удовлетворяет условиям работы.


3.3 Расчет и подбор штуцеров и фланцев
В теплообменник согласно технологической схеме газовая смесь в количестве 53793,10 кг/ч или 82,76 м³/ч = 0,023 м³/с, которая нагревается водяным паром в количестве 0,534 кг/с или 0,0224 м³/с.

Примем, что газовая смесь вводится в теплообменник со скорость 25 м/с [9].

Расчет штуцеров сводится к определению внутреннего диаметра штуцера [9]:

(3.6)

где V– расход сырья, м³/с;

ω – скорость движения , м/с;

Определим внутренний диаметр штуцера для ввода смеси в теплообменник по формуле (3.6).

d_1ш = = 0,136 м.

На основании полученных данных, выбираем из стандартного ряда штуцер с условным проходом D_у = 150 мм [10].

Тогда внутренний диаметр штуцера для ввода водяного пара в теплообменник по формуле (3.6).

d_3ш = = 0,142 м.

На основании полученных данных, выбираем из стандартного ряда штуцер с условным проходом D_у = 150 мм [10].

Выбираем фланцы приварные встык с выступом и впадиной. Основные размеры подобранных фланцев к штуцерам в таблице 2.3. (таблица 13.3, с. 217 [10]).
Таблица 3.1 – Основные размеры подобранных фланцев к патрубкам

Патрубок	Dу	Dф	Dб	Н	h	d	Z
1	150	340	280	108	35	33	8

Выбираем конструкцию и материал прокладки по рекомендациям по выбору прокладок, ОСТ 26-373-78.

Выбираем прокладку плоскую, которая рассчитана на Ру > 2,5 МПа, и температуры от –200 до 300.

Материал прокладок − паронит ПОН ГОСТ 481-80.

3.4 Расчет укрепления отверстий
Для цилиндрической обечайки расчетный диаметр D_p = D = 800 мм.

Расчетный диаметр штуцера (для отверстия и штуцера, ось которого лежит в плоскости поперечного сечения цилиндрической обечайки:). Проведем расчет для штуцера мм.

, (3.9)

мм

Расчетная толщина цилиндрической обечайки (по п. 3.1)

мм.

Расчетная толщина штуцера

, (3.10)

мм

Ширина зоны укрепления в цилиндрической обечайки

, (3.11)

где – реальная толщина обечайки, м.

мм

Наибольший допустимый диаметр отверстия, не требующего укрепления, определяется по формуле [18]:

(3.12)

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

мм.

Так как > , укрепление не обязательно.


3.5 Расчет трубной решетки
Трубные решетки изготавливаются обычно цельными, вырезкой из листа. Для надежного крепления трубок в трубной решетки её толщина s_р(min) (в мм) должна быть не менее [16]

, (3.13)

где с – прибавка для стальных трубных решеток, мм, с = 5 мм;

d_н – наружный диаметр теплообменных трубок, мм, dн = 25 мм.

По формуле (3.13):

мм.

Для теплообменных аппаратов жесткой конструкции толщина решетки, м, определяется по выражению

, (3.14)

где р – разница давлений по сторонам доски, Па, принимается равному наибольшему из избыточных давлений теплоносителей:

p = 2,0 МПа;

Коэффициент ослабления доски отверстиями φ определяется по формуле:

(3.15)

где – минимальный шаг между отверстиями.



м

Принимаем стандартную толщину решетки равной 54 мм [13].

полученная величина проверяется на допустимые напряжения от изгиба:

.

Условие выполняется.

Размещение отверстий в трубных решетках, их шаг регламентируется для всех теплообменников ГОСТ 9929-82.

Определяем шаг при размещении труб по вершинам равносторонних треугольников: при d_н= 25 мм, t = 32 мм; отверстия под трубы в трубных решетках и перегородках размещают в соответствии с ГОСТ 15118-79 [19].

Размещение отверстий в трубных решетках выбранного аппарата показано на рисунке 3.1.





Рисунок 3.1 – Размещение отверстий в трубных решетках
Основные размеры для размещения отверстий под трубы 25 х 2 мм в трубных решетках выбираем по [13], диаметр предельной окружности, за которой не располагают отверстия под трубы:
D₀ = 988 мм,

2R = 981 мм,
Число отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках по рядам:

Сектор	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
А	29	30	29	30	29	28	29	26	27	26	25	24	21	20	15

Общее число труб в решетке – 747 шт.

Отверстия в трубных решетках выполняем с двумя канавками. По ГОСТ 15118-79 под трубы с наружным диаметром 25 мм установлен диаметр 25,5 мм.

Крепление труб в трубной решетке должно быть прочным, герметичным и обеспечивать их легкую замену. Применяем для крепления труб способ развальцовки с последующей отбортовкой (рисунок 3.2).


54


Рисунок 3.2 – Крепление труб в трубной решетке развальцовкой с последующей отбортовкой
Конец трубы, вставленной с минимальным зазором в отверстие трубной решетки, расширяется изнутри раскаткой роликами специального инструмента, называемого вальцовкой.
3.6 Проверка необходимости установки температурных

компенсаторов
Жесткое крепление трубных решёток к корпусу аппарата и труб в трубной решетке обуславливает возникновение температурных усилий в трубах и корпусе (кожухе) при различных температурах их направления и может привести к нарушению развальцовки труб в решетках, продольному изгибу труб и другим неблагоприятным явлениям.

В случае если трубы нагреваются сильнее, чем кожух, они становятся длиннее кожуха и давят на трубные решетки, стремясь удлинить и сам корпус (кожух). Если напряжения, возникающие при этом в материале трубок и кожуха, превышают допустимые, то появляется необходимость установки компенсирующего устройства (линзы, плавающей головки и т.п.).

Принимаем кожухотрубчатый испаритель с плавающей головкой. Не закрепленная на кожухе вторая трубная решетка вместе с внутренней крышкой, отделяющей трубное пространство от межтрубного, образует так называемую плавающую головку. Такая конструкция исключает температурные напряжения в кожухе, трубах и установке [9].

3.7 Расчет опор аппарата
Выбор типа опоры аппарата зависит от ряда условий: места установки аппарата, соотношения высоты и диаметра аппарата, его массы и т.д. Для горизонтальных аппаратов, устанавливаемых в помещениях, рекомендуют применять седловые опоры. Руководствуясь этими рекомендациями, мы выбираем седловые опоры.

Обычно подбор опор по весу теплообменника с учетом веса теплоносителя и по размерам наружного диаметра теплообменника бывает достаточным.

Расчет веса аппарата. Рассчитывая опоры теплообменника необходимо определить максимальный вес аппарат, вычисляемый по формуле:

G_max = G_мет+ G_из+ G_вод; (3.16)

где G_мет – вес корпуса, внутренних устройств, штуцеров и люков, Н;

G_из, G_вод – вес изоляции (при ее наличии) и вес воды при гидроиспытании, Н.

G_мет =G_кор + 2· G_дн + G_шт + G_тр + G_из

где G_кор – вес корпуса, Н;

G_дн – вес днища, Н;

G_шт – вес штуцеров, Н;

G_тр – вес труб, Н;

G_из– вес изоляции, Н.

Внутренний диаметр корпуса D=800 мм, внешний диаметр –

D₁=800 + 2 · 25 =850 мм, длина цилиндрической части корпуса L =3000 мм.

Тогда объем металла найдем следующим образом:



Примем плотность металла равной плотности стали ρ=7800 кг/м³, тогда масса металла будет равна:

m = ρ · V = 7800 · 1,507 = 11756,16 кг.

Вес корпуса G_кор рассчитаем по формуле:

G_кор = m · g = 11756,16 · 9,81=115,33 кН,

где g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Вес эллиптических крышек.

Вес днища определим как разность объемов эллиптической крышки диаметрами D_нар и D_вн.

м³.

Тогда масса металла:

m = 7800 · 0,0134 = 104,2 кг.

Вес эллиптическогоднища:

G_дн = 104,2 · 9,81 = 1,022 кН.

Вес воды в аппарате при гидравлических испытаниях определяется как:

G_в = V_общ · ρ_в · g

где ρ_в – плотность воды (1000 кг/м³)

V_общ–внутренний объем аппарата, м³

V_общ = V_цил+ 2·V_дн,

где V_дн  – внутренняя емкость выпуклой части днища, м³;

V_цил– внутренний объем цилиндрической части, м3.

Объемы стандартной цилиндрической части и днища, м³:

V_ц = 0,785·H_ц·D_в² ,

V_ц = 0,785 · 3 · 0,800² = 1,507 м³,

V_дн= (π/6) · D_в³ ,

V_дн= (π/6) · 0,8³ =  0,268 м³,

V_общ = 1,507 + 2 · 0,268 = 2,042 м³;

G_в = 2,042 · 1000 · 9,81 = 20,040 кН.

Вес труб рассчитывают по формуле:

G_тp= 0,785·(d_н2 – d_в2) · l · ρ · g · n,

где l – длина труб, м;

d_н2 – наружный диаметр труб, м;

d_в2 – внутренний диаметр труб, м;

n – количество труб, шт.

G_тp= 0,785 · (0,025 – 0,021) · 3 · 7800 · 9,81 · 442 = 53,84 к Н,

Вес штуцеров равен 10%  от веса теплообменника:

G_шт=0,1·(G_кор + 2·G_дн),

G_шт=0,1·(115,33 + 2 · 1,022) = 11,73 кН,

Вес теплоизоляции 5 - 10% от минимального веса аппарата.

G_из= (0,05÷0,1·(G_кор + 2·G_дн + G_шт),

Принимаем 5 %:

G_из= 0,05·(115,33 + 2 · 1,022 + 11,73) = 11,63 Н,

G_мет = 115,33 + 2 · 1,022 + 11,73 + 11,63 = 140,73 Н.

G_max = 115,33 + 53,84 + 11,73 + 11,63 + 2 · 1,022 = 194,57 кН.

По таблице принимаем опору тип 2 с допускаемой нагрузкой Q = 125 кН (табл. 14.6, стр. 280 [10]). Количество опор равно 2. При этом исходим также из конструктивных соображений.


Рисунок 3.3 – Схема седловой опоры
Таблица 3.2 – Основные параметры опор

Диаметр аппарата D	Допускаемая нагрузка на опору, кН	S1 мм	S2 мм	R мм	L	A	A1	A2
800	125	8	14	514	1000	650	550	400