Расчет ректификационной колонны

Расстояние между тарелками 500 мм. Кроме этого в аппарате имеются штуцера, предназначенные для подвода сырья, вывода продукта, замера температуры и давления.

Аппарат оборудован люками-лазами для ремонта и обслуживания. 1.2 Внешние условия работы Аппарат установлен в 3 ветровом районе, фундамент на грунтах средней плотности.

Минимальная температура холодной десятидневки минус 36 ° С. Аппарат теплоизолирован минеральной ватой, толщина изоляции s из =80 мм и покрыта алюминиевой фольгой. Район не сейсмичный. 2 Основные расчетные параметры 2.1 Техническая характеристика Аппарат работает под давлением.

Избыточное давление в аппарате 10 МПа, диаметр аппарата 1200 мм, рабочая температура 250 ° С. Среда горячие светлые нефтепродукты. 2.2 Группа аппарата Условие работы аппарата [1] - взрывоопасная среда и внутреннее давление. По условиям работы аппарат относится к I группе, поэтому процент контроля сварных швов принимается равным 100 % по ГОСТ 6996-86. 2.3 Рабочая и расчетная температура Расчетная температура T R – это температура для определения физико-механических характеристик конструкционного материала и допускаемых напряжений. Она определяется на основании теплового расчета или результатов испытаний. Если при эксплуатации температура элемента аппарата может повысится до температуры соприкасающейся с ним среды, расчетная температура принимается равной рабочей, но не менее 20 ° С. Проектируемый аппарат снабжен изоляцией препятствующей охлаждению или нагреванию элементов аппаратов внешней средой.

Рабочая температура аппарата Т=250 ° С. Расчетная температура Т Р =250 ° С. 2.4 Рабочее, расчетное и условное давление Рабочее давление P – максимальное избыточное давление среды в аппарате при нормальном протекании технологического процесса без учета допускаемого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного устройства P =1,4 МПа.

Расчетное давление P R – максимальное допускаемое рабочее давление, на которое производится расчет на прочность и устойчивость элементов аппарата при максимальной их температуре. Как правило, расчетное давление может равняться рабочему давлению.

Расчетное давление может быть выше рабочего в следующих случаях: если во время действия предохранительных устройств давление в аппарате может повыситься более чем на 10% от рабочего, то расчетное давление должно быть равно 90% давления в аппарате при полном открытии предохранительного устройства; если на элемент действует гидростатическое давление от столба жидкости в аппарате, значение которого свыше 5% расчетного, то расчетное давление для этого элемента соответственно повышается на значение гидростатического давления.

Поскольку аппарат снабжен предохранительным клапанном и рабочее давление P >0,07 МПа Р R 1 =1,1 P , ( SEQ ( * ARABIC 1 где P – рабочее давление, P =10 МПа; P R 1 =1,1 10=11 МПа.

Пробное давление для испытания аппарата определим по формуле ( SEQ ( * ARABIC 2 где [ s ] 20 – допускаемое напряжение материала при 20 ° С, [ s ] 20 =196 МПа; [ s ] tR – допускаемое напряжение материала при расчетной температуре t =250 ° С, [ s ] 250 =145 МПа. Условное давление для выбора узлов и фланцевых соединений определим по формуле ( SEQ ( * ARABIC 3 2.5 Выбор материала По условиям работы аппарата, как в рабочих условиях так и в условиях монтажа, ремонта, нагрузок от веса и ветровых нагрузок, для этих условий выбираем сталь 16ГС область применения от –40 ° С до +475 ° С, по давлению не ограничена.

Выбрали по ОСТ 26-291-94, ГОСТ 14249-89 сталь 16ГС. 2.6 Допускаемые напряжения Определим допускаемые напряжение для стали 16ГС с толщиной стенки свыше 32 мм при Т Р =250 ° С. По ГОСТ 14249-89 [ s ]=145 МПа. 2.7 Модуль продольной упругости Выбираем расчетное значение модуля продольной упругости Е=1,75 10 5 МПа. 2.8 Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов Прибавка на коррозию металла принимаем С 1 =2 мм.

Прибавка на минусовое значение по толщине листа принимаем 5% и далее не учитываем С 2 =0 мм. 2.9 Коэффициенты прочности сварных швов Корпус имеет продольные и кольцевые сварные швы.

Применим автоматическую сварку род слоем флюса со сплошным проваром. Для корпуса аппарата выбираем стыковые швы.

Значение коэффициента прочности сварных швов принимаем j =1. Приварка штуцеров будет выполняться в ручную с подваркой корня шва и значение коэффициента прочности сварных швов принимаем j =1. 3 Расчет на прочность и устойчивость корпуса аппарата от расчетного давления 3.1 Расчет обечайки нагруженной внутренним избыточным давлением Цель расчета: расчет на прочность, определение толщины стенки аппарата удовлетворяющая условиям прочности.

Расчетная схема аппарата приведена на рисунке 1. Исходные данные для расчета: - расчетное давление P R = 11МПа; - диаметр колонны D =1200 мм; - допускаемое напряжение при T =250 ° С, [ s ]=145 МПа; - коэффициент прочности сварного шва j =1; - общая прибавка к толщине металла С=2 мм. Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 1 Толщина стенки аппарата определяется по формулам ( SEQ ( * ARABIC 4 ( SEQ ( * ARABIC 5 где s - исполнительная толщина стенки, мм; Dвнутренний диаметр аппарата, мм. м. s ³ 47,31 + 2 = 49,31 мм.

Принимается исполнительная толщина стенки сосуда s=50 мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление для оболочки, МПа ( SEQ ( * ARABIC 6 МПа.

Условия применения расчетных формул ( SEQ ( * ARABIC 7 тогда 0,04000 Условие по формуле (7) выполняется. 3.2 Расчет днищ Цель расчета: расчет на прочность, определение толщины эллиптического днища удовлетворяющего условию прочности.

Расчетная схема эллиптического днища приведена на рисунке 2. Исходные данные для расчета: - расчетное давление P R = 11МПа; - диаметр колонны D =1200 мм; - допускаемое напряжение при T =250 ° С, [ s ]=145 МПа; - коэффициент прочности сварного шва j =1; - общая прибавка к толщине металла С=2 мм. Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 2 Для данной обечайки выбираются эклиптические отбортованные днища.

Толщина стенки днища определяется по формулам ( SEQ ( * ARABIC 8 s д ³ s + c ( SEQ ( * ARABIC 9 где R — радиус кривизны в вершине днища, м; R = D — для эллиптических днищ с H=0,25 D. H =0,25 1200=300 мм, R =1,2 м, мм, s д = 46,39+2 = 48,39 мм.

Принимаем толщину днищ стандартного значения s д =50 мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление для оболочки, МПа определяется по формуле ( SEQ ( * ARABIC 10 МПа.

Условия применения расчетных формул для эллиптических днищ ( SEQ ( * ARABIC 11 Условие выполняется.

Определим длину цилиндрической отбортованной части днища ( SEQ ( * ARABIC 12 h 1 >192 мм.

Принимаем h 1 =200 мм. 3.3 Выбор стандартных штуцеров. По технологии производства или эксплуатационным требованиям в стенках аппаратов, днищах и крышках делают отверстия для люков—лазов, загрузочных приспособлений, штуцеров и т. д. Схема штуцера с приварным фланцем встык и тонкостенным патрубком приведем на рисунке Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 3 Основные размеры патрубков, стандартных стальных фланцевых тонкостенных штуцеров приведены в таблице 1. Таблица SEQ Таблица * ARABIC 1

Обозначение Ду, мм d т , мм давление условное P у, МПа S т , мм H т , мм
А 250 273 16 20 335
Б, Д 100 108 16 10 220
В, Е 150 159 16 16 260
Г 200 219 16 20 315
И 50 57 4 6 230
К, Р, С 50 57 2,5 6 165
М 50 57 1,6 6 165
3.4 Сопряжение узлов Цель расчета: определить напряжение в сопряжение цилиндрической оболочки с эллиптическим днищем в условиях нагружения внутренним давлением.

Расчетная схема к определению краевых сил и моментов приведена на рисунке 4. Исходные данные для расчета: - расчетное давление P R = 11МПа; - диаметр колонны D =1200 мм; - допускаемое напряжение при T =250 ° С, [ s ]=145 МПа; - коэффициент прочности сварного шва j =1; - общая прибавка к толщине металла С=2 мм. - соединение цилиндрической оболочки с эллиптическим днищем; 2 – расчетная схема. Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 4 Определим краевые силы и моменты из уравнения совместимости деформацией для места стыка обечайки с эллиптическим днищем ( SEQ ( * ARABIC 13 где P , Q 0 , и М 0 ; - соответственно радиальные и угловые перемещения края эллиптической оболочки под действием нагрузок P , Q 0 и М 0 . Подставляем в уравнение (13) соответствующие значения деформаций SEQ ( * ARABIC 14 где b = b Э , R = a =600 мм, b =300 мм. ( SEQ ( * ARABIC 15 где m - коэффициент Пуассона, m =0,3. Определим суммарные напряжения на краю эллиптического днища, меридиальное и кольцевое соответственно по формулам ( SEQ ( * ARABIC 16 ( SEQ ( * ARABIC 17 где - соответственно меридиальные напряжения действующие от нагрузок Р, Q 0 , М 0 ; - соответственно кольцевые напряжения действующие от нагрузок P , Q 0 , M 0 . Подставим соответствующие значения нагрузок в уравнение (16), (17) ( SEQ ( * ARABIC 18 ( SEQ ( * ARABIC 19 МПа, Определим суммарные напряжения на краю цилиндрической обечайки, меридиальное и кольцевые соответственно ( SEQ ( * ARABIC 20 ( SEQ ( * ARABIC 21 где P , Q 0 , M 0 . Подставим соответствующие значения погрузок в уравнение (20), (21) ( SEQ ( * ARABIC 22 ( SEQ ( * ARABIC 23 МПа, Определим максимальное напряжение на краю эллиптического днища и цилиндрической обечайке соответственно ( SEQ ( * ARABIC 24 139,29 МПа 145 МПа, 139,36 МПа Таким образом, напряжения на краю соединяемых эллиптической и цилиндрической оболочек s max Э =139,29 МПа и s max =139,36 МПа меньше критического допускаемого напряжения [ s ] кр =145 МПа, т.е. условие прочности в месте сопряжения элементов выполняется. 4 Расчет укрепления отверстий Цель расчета: определение размеров укрепляющих элементов.

Расчетные схемы штуцеров приведена на рисунке 5. Исходные данные для расчета: - расчетное давление в колонне P R = 11 МПа; - внутренний диаметр колонны D =1200 мм; - исполнительная толщина обечайки и днища s =50 мм; - допускаемое напряжение при T =250 ° С и s =50 мм, [ s ]=145 МПа; - допускаемое напряжение при T =250 ° С и s s ]=162 МПа; - коэффициент прочности сварного шва j =1; - общая прибавка к толщине металла для корпуса колонны с=2 мм; - общая прибавка к толщине металла для штуцера c s =1 мм. Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 5 4.1 Выбор материала Удаление материала стенки в вырезе эквивалентно удалению каких - то связей в системе и для сохранения ее равновесия необходима их компенсация. Для изготовления штуцеров применяется сталь 16ГС допускаемое напряжение для которого при t R =250 ° C равно [ s ] 250 =162 МПа. Для условного давления Р у =11 МПа выбираются тонкостенные штуцера с фланцами по ОСТ 26-1410-76. Все размеры штуцеров заносятся в таблицу 2. Таблица SEQ Таблица * ARABIC 2 — Таблица штуцеров

штуцер Условный проход Д у , мм Внутренний диаметр штуцера d т , мм Толщина стенки s 1 , мм Длина штуцера H т , мм Условное давление Ру, МПа
А 250 273 20 335 16
Б, Д 100 108 10 220 16
В, Е 150 159 16 260 16
Г 200 219 20 315 16
И 50 57 6 230 4
К1, К2, Р, С 50 57 6 165 2,5
М1, М2 50 57 6 165 1,6
Ж1, Ж2, Ж n 450 450 28 200 16
4.2 Расчетные диаметры 4.2.1 Расчетные диаметры укрепляемых элементов определяются по формулам - для цилиндрической обечайки D R = D ( SEQ ( * ARABIC 25 ) Для штуцеров A 1, В1, В2, И, К1, К2, Р, С, М1, М2, Ж1, Ж2, Ж n D R = 1200 мм. - для эллиптических днищ при высоте днища H = 0,25 D ( SEQ ( * ARABIC 26 где x — расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси эллиптического днища. Для штуцера Д1, С мм. Для штуцера Е1, Г мм. 4.2.2 Расчетный диаметр отверстия в стенке обечайке, ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия определим по формуле d р = d +2 c s , ( SEQ ( * ARABIC 27 Для штуцеров A 1, В1, В2, И, К1, К2, Р, С, М1, М2, Ж1, Ж2, Ж n при d = 273 мм, d Р = 273 + 2 1 = 275 мм, при d = 108 мм, d Р = 108 + 2 1 = 110 мм, при d = 159 мм, d Р = 159 + 2 1 = 161 мм, при d = 57 мм, d Р = 57 + 2 1 = 59 мм, при d = 450 мм, d Р = 450 + 2 1 = 452 мм.

Расчетный диаметр отверстия для смещенного штуцера на эллиптическом днище определяют по формуле ( SEQ ( * ARABIC 28 Для штуцера Д1 Для штуцера С Для штуцера Е1 Для штуцера Г мм.

Выбранные диаметры удовлетворяют расчет. 4.3 Расчетные толщины Расчетная толщина стенки штуцера нагруженного как внутренним так и внешним давлением определяется по формуле ( SEQ ( * ARABIC 29 где j 1 — коэффициент прочности продольного сварного соединения штуцера, j 1 = 1, [ s 1 ]=162 МПа при Д у =50 мм, мм, при Д у =100 мм, мм, при Д у =150 мм, мм, при Д у =200 мм, мм, при Д у =250 мм, мм, при Д у =450 мм, мм.

Расчетные толщины удовлетворяю принятым толщинам. 4.4 Расчетные длины штуцеров Расчетные длины внешней и внутренней частей круглого штуцера, показано на рисунке 6, участвующие в укреплении отверстий и учитываемые при расчете, определяют по формулам ( SEQ ( * ARABIC 30 ( SEQ ( * ARABIC 31 Длину внешней части l 3 принимаем равной нулю. Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 6 при Д у =50 мм, мм, при Д у =100 мм, мм, при Д у =150 мм, мм, при Д у =200 мм, мм, при Д у =250 мм, мм, при Д у =450 мм, мм.

Принятые длины штуцеров удовлетворяют расчетным длинам. 4.5 Одиночные отверстия 4.5.1 Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие не оказывает на него влияния, что имеет место, когда расстояние между наружными поверхностями соответствующих штуцеров удовлетворяют условию ( SEQ ( * ARABIC 32 где - расчетные внутренние диаметры укрепляемого элемента, мм. Для отверстий находящихся на обечайке На цилиндрической части корпуса колонны отсутствуют отверстия, расстояние между которыми меньше 480 мм. На днищах На днищах отверстия считать взаимовлияющие, т.к. b исп =320-108/2-10-159/2-16=160,5 мм. 660 мм > 160,5 мм. 4.5.2 Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле ( SEQ ( * ARABIC 33 мм. Для штуцеров В1, К1, К2, К, Р и М укрепление отверстий не требуется. Для штуцеров А1, В2 и Ж n требуется укрепление отверстий. 4.5.3 Расчет укрепления одиночных отверстий При укреплении отверстия должно выполняться условие l 1R (s 1 - s 1R - c s ) x 1 + l 2R s 2 x 2 + l 3R (s 3 - 2c s ) x 3 + + l R (s - s R - c) ³ 0,5 (d R - d 0R ) s R , ( SEQ ( * ARABIC 34 ) где s 1 , s 2 , s 3 — исполнительные толщины стенок штуцера, накладного кольца, внутренней части штуцера соответственно, мм.; l 2R — исполнительная толщина накладного кольца, мм.; x 1 , x 2 , x 3 — отношение дополнительных напряжений для внешней части штуцера, накладного кольца, внутренней части штуцера соответственно; c s — сумма прибавок к расчетной толщине стенок штуцера, мм.; l R — расчетная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера или торообразной вставки, мм.; d 0R — наибольший расчетный диаметр отверстия, не требующего дополнительного укрепления при отсутствии избыточной толщины стенки сосуда, мм. 4.5.3.1 Расчет укрепления штуцера В2 Ширина зоны укрепления в обечайках, переходах и днищах ( SEQ ( * ARABIC 35 Обечайка s=50 мм мм.

Расчетная ширина зоны укрепления в стенке обечайки l R = L 0 , ( SEQ ( * ARABIC 36 l R =240 мм.

Расчетная ширина накладного кольца определяется по формуле ( SEQ ( * ARABIC 37 где s 2 – исполнительная ширина накладного кольца, мм; s – исполнительная ширина стенки обечайки, мм; D R – расчетный внутренний диаметр укрепляемого элемента, мм.

Обечайка s=50 мм. мм.

Отношения допускаемых напряжений x 1 = min {1; [ s 1 ]/[ s ]}, ( SEQ ( * ARABIC 38 x 1 = min {1;162/162}=1. Для накладного кольца принимаем x 2 =1; для внутренней части штуцера x 3 =0. Расчетный диаметр отверстия не требующего укрепления при отсутствии избыточной толщины стенки сосуда ( SEQ ( * ARABIC 39 ) Обечайка s=50 мм. мм. Все найденные значения подставляем в формулу (34): Обечайка s=50 мм. штуцер Д у 150 мм. 61,42 (16-5,65) 1+140 6 1+240 (50-47,3-2) ³ 0,5 (161-96) 47,3 1643,7 мм 2 ³ 1537,01 мм 2 . Допускаемое внутренне избыточное давление определяется по формуле ( SEQ ( * ARABIC 40 ) где к 1 =1 — для цилиндрических обечаек и конических переходов; к 1 =2 — для выпуклых днищ; ( SEQ ( * ARABIC 41 ) где j 1 — коэффициент прочности продольного сварного соединения штуцера. МПа. 4.5.3.2 Расчет укрепления штуцеров Ж1, Ж2, Ж n . Расчет проведем аналогично п. 4.5.3.1 и результаты расчета сведем в таблицу 3. Таблица SEQ Таблица * ARABIC 3

Наименование параметров Обозначение Укрепляемый элемент
люк-лаз
Условный проход штуцера
Ж1, Ж2, Ж n (450)
Внутренний диаметр цилиндрической обечайки днища, мм D 1200
Расчетный внутренний диаметр укрепляемого элемента, мм D R 1200
Расчетное давление, МПа P 11,00
Допускаемые напряжения для материала укрепляемого элемента, МПа [ s ] 145
Допускаемые напряжения для материала внешней части штуцера, МПа [ s 1 ] 162,00
Коэффициент прочности сварного шва: - укрепляемого элемента - штуцера j j 1 1 1
Исполнительная толщина стенки укрепляемого элемента, мм s 50
Исполнительная толщина стенки внешней части штуцера, мм s 1 28
Исполнительная толщина стенки внутренней части штуцера, мм s 3 0
Расчетная толщина стенки укрепляемого элемента, мм s R 47,31
Расчетная толщина стенки укрепляемого штуцера, мм s 1 R 15,8
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки укрепл. элемента, мм с 2
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки штуцера (общая), мм с s 1
Внутренний диаметр штуцера, мм d 450
Исполнительная длина внешней части штуцера, мм l 1 200
Исполнительная длина внутренней части штуцера, мм l 3 0
Расчетная длина внешней части штуцера, мм l 1 r 143,11
Расчетная длина внутренней части штуцера, мм l 3 r 0
Расчетный диаметр отверстия, мм d r 452,0
Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, мм d 0 103,0
Расчетная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера, мм l r 240,0
Расчетный диаметр, мм d 0 r 96,0
Исполнительная толщина накладного кольца, мм s 2 24,00
Исполнительная ширина накладного кольца, мм l 2 270,0
Расчетная ширина накладного кольца, мм l 2 r 270,0
Отношение допускаемых напряжений x 1 1,0
x 2 1,0
x 3 -
Условие укрепления одиночного отверстия A 1 + A 2 + A 3 + A 0 > A 8522>8422
Коэф. снижения допуск. давления V 0,9779
Допускаемое внутреннее избыточное давление, МПа [ P ] 10,92
4.6 Учет взаимного влияния отверстий днищ Расчетная схема показана на рисунке 7 Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 7 Определим допускаемое давление для перемычек по формулам ( SEQ ( * ARABIC 42 где V находится по формуле ( SEQ ( * ARABIC 43 где - исполнительная ширина накладного кольца, мм; - длина внутренней части штуцеров, - отношения допускаемых напряжений, Определим расчетную ширину накладного кольца Допускаемое напряжение удовлетворяет принятым размерам кольца. 5 Расчет люка - лаза Цель расчета: определение напряжений фланцевого соединения. Схема фланцевого соединения показана на рисунке 8. Исходные данные для расчета: - Расчетное давление P R =11 МПа; - Внутренний диаметр фланца D =450 мм; - Внутренний диаметр отверстия под шпильку d =46 мм; - Диаметр фланца D ф =775 мм; - Число отверстий n =20; - Материал фланца – сталь 16ГС; - Диаметр болтовой окружности D б =690 мм; - Средний диаметр прокладки D п.с. =525 мм.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 8 По ГОСТ 28759.4-90 для данного аппарата выбираются размеры люка—лаза при Р у =16 МПа и Д у = 450 мм. 5.1 Расчет прокладки Схема прокладки показана на рисунке 9 Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 9 Наружный диаметр прокладки D П = D б - е, ( SEQ ( * ARABIC 44 где е - размер, определяемый по таблице ОСТ 26–2003–77, е=78. D П =690 - 78=612 мм.

Средний диаметр прокладки D п.ср =D п - b п , ( SEQ ( * ARABIC 45 ) где b п — ширина прокладки, b п =12 мм; D п.ср =612 - 12=600 мм.

Эффективная ширина прокладки b E = 0,125 b П , ( SEQ ( * ARABIC 46 b E =0,125 12=1,5 мм.

Ориентировочное число шпилек z б = p D б /t б , ( SEQ ( * ARABIC 47 где t Б - шаг болтов; t б =(2,3…3) d б , ( SEQ ( * ARABIC 48 где d б – диаметр шпильки, мм; t Б =3 42=126, z Б = 3,14 690/126=18 шт.

Определим вспомогательные величины а) коэффициент c ( SEQ ( * ARABIC 49 где b - отношение большей толщины втулки фланца к меньшей, b =2. х найдем по формуле ( SEQ ( * ARABIC 50 где l – длина втулки, l =125 мм; s 0 – толщина втулки, s 0 =34 мм. б) эквивалентная толщина втулки фланца s E = c s o , ( SEQ ( * ARABIC 51 s E =1,57 34=53,6 мм. в) ориентировочная толщина фланца ( SEQ ( * ARABIC 52 где l — коэффициент, из таблицы [3] l =0,5 ; г) безразмерный параметр w =[1+0,9 l (1+ y 1 j 2 )] -1 , ( SEQ ( * ARABIC 53 где j = h / s E , ( SEQ ( * ARABIC 54 j =77,6/53,6=1,45, k = D ф / D , ( SEQ ( * ARABIC 55 k =775/450=1,72, y 1 =0,3, из таблица [3] w = [1+0,9 0,5 (1+0,3 1,45 2 )] -1 =0,6 д) безразмерные параметры возьмем из графиков [3] Т=1,58, y 2 =3,8, y 3 =1. Угловая податливость фланца ( SEQ ( * ARABIC 56 где Е ф - модуль продольной упругости материала фланца, E ф =1,75 10 5 МПа; h кр – толщина фланцевой части крышки, h кр =110 мм 1/(МН м). Угловую податливость плоской фланцевой крышки найдем по формуле ( SEQ ( * ARABIC 57 где ( SEQ ( * ARABIC 58 где s кр – толщина плоской крышки, s кр =235 мм; h кр – толщина фланцевой части крышки, h кр =110 мм. , ( SEQ ( * ARABIC 59 , , Линейная податливость прокладки y п =s п /( p D п.ср b п E п ), ( SEQ ( * ARABIC 60 где Е п - модуль продольной упругости прокладки, для металлической прокладки y п =0. 5.2 Расчет болтового соединения Расчетная длина шпилек l Б = l БО + 0,28 d, ( SEQ ( * ARABIC 61 где l БО - длина шпильки между опорными поверхностями головки болта и гайки, l БО =220 мм.; d - диаметр отверстия под болт, d=46 мм. l Б =220+0,28 46=232,88 мм.

Линейная податливость шпилек y Б =l Б /(E Б f Б z Б ), ( SEQ ( * ARABIC 62 где f Б - расчетная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы, f Б =10,9 10 -4 м 2 ; Е Б - модуль продольной упругости материала болта, Е Б =1,85 10 5 МПа. y Б = 232,88 10 -3 /(1,85 10 5 10,9 10 -4 18)=6,4 10 -5 м/Н. Коэффициент жесткости для фланцев с овальными прокладками a =1. ( SEQ ( * ARABIC 63 Найдем безразмерный коэффициент u по формуле u = A y Б , ( SEQ ( * ARABIC 64 где A =[ y п + y Б +0,25 ( y Ф1 + y Ф2 ) ( D Б - D п.ср ) 2 ] -1 , ( SEQ ( * ARABIC 65 при стыковки фланца с плоской крышкой y ф1 =[1- w (1+0,9 l )] y 2 /( h 1 3 E ), ( SEQ ( * ARABIC 66 y Ф2 = y кр , ( SEQ ( * ARABIC 67 По формулам (63)…(67) определяется безразмерный коэффициент y ф1 =[1 - 0,6 (1+0,9 0,5)] 3,8/(0,013 3 1,75 10 5 )=2,27 м/МН, y ф2 =0,001, A =[0+6,4 10 -5 +0,25 (2,27+0,001) (0,69-0,525) 2 ] -1 =10,67, u =10,67 6,4 10 -5 =0,0007. 5.3 Расчет фланцевого соединения работающего под внутренним давлением.

Нагрузка действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления найдем по формуле ( SEQ ( * ARABIC 68 Q д =0,785 0,525 2 11=2,38 МН. Реакция прокладки в рабочих условиях R п =2 p D п . ср b E m p R , ( SEQ ( * ARABIC 69 ) где m - коэффициент, по ОСТ 26-426-79 m=5,5 R п =2 3,14 0,525 1,5 5,5 11=299,2 МН. Усилия, возникающие от температурных деформаций Q t = u z Б f Б E Б ( a ф t ф - a Б t Б ), ( SEQ ( * ARABIC 70 где a ф , a Б - коэффициенты температурного линейного расширения фланца и болтов, a Б = 12,36 10 -6 1/ ° C, a ф = 17,3 10 -6 1/ ° C; f Б , t ф , t Б - коэффициенты, f Б =5,4 10 -4 м 2 , t ф =240, t б =37,5. Q t =0,0007 18 5,4 10 -4 1,85 10 5 (17,3 10 -6 240 - 12,36 10 -6 237,5)=0,0015 МН . Болтовая нагрузка в условиях монтажа (до подачи внутреннего давления) при p >0,6 МПа P Б1 =max{ a Q д +R п ; p D п.ср b E q}, ( SEQ ( * ARABIC 71 где q - параметр, q=125; a - коэффициент жесткости фланцевого соединения, a =1; [ s Б ] 20 – допускаемое напряжение при температуре 20 ° С, [ s Б ] 20 =230 МПа. Р Б1 = max{1 2,38+0,525/2; 3,14 510 1,5 125}=max{2,65;309}=309 МН. Болтовая нагрузка в рабочих условиях P Б2 =Р Б1 +(1 - a ) Q Д +Q t , ( SEQ ( * ARABIC 72 P Б2 =309+(1 - 1) 2,38+0,0015=309,0015 МН. Найдем приведенные изгибающие моменты диаметральном сечении фланца по формулам M 01 =0,5 P Б1 ( D б - D п.с. ), ( SEQ ( * ARABIC 73 ( SEQ ( * ARABIC 74 М 01 =0,5 309 (0,69-0,525)=25,5 МН м, м.

Принимаем за расчетное М R =26,67 МН м.

Условия прочности шпилек ( SEQ ( * ARABIC 75 ( SEQ ( * ARABIC 76 МПа 230 МПа, МПа 220 МПа.

Условия прочности выполняется.

Критический момент на ключе при затяжки определим из графика [3] М кр =2,2 10 3 МН м. 5.3 Расчет приварных встык фланцев и буртов Максимальное напряжение в сечении s 1 фланца в месте соединения втулки с плоскостью фланца определим по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 77 ) D*=D+s 1 , ( SEQ ( * ARABIC 78 ) D*=450+ 34 = 484 Максимальное напряжение в сечение s 0 фланца наблюдается в месте соединения втулки с обечайкой s 0 = y 3 s 1 , ( SEQ ( * ARABIC 79 s 0 =1 49,18=49,18 МПа.

Напряжения в кольце фланца от действия M 0 найдем по формуле ( SEQ ( * ARABIC 80 МПа.

Напряжение во втулки фланца от внутреннего давления найдем по формулам ( SEQ ( * ARABIC 81 ( SEQ ( * ARABIC 82 МПа Условие прочности фланца в сечение s 1 ( SEQ ( * ARABIC 83 d сечение s 0 ( SEQ ( * ARABIC 84 Условия прочности выполняется Угол поворота фланца найдем по формуле ( SEQ ( * ARABIC 85 Условие выполняется. 5.4 Расчет крышки 5.4.1 Расчетная схема для крышки люка показана на рисунке 10. Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 10 – Расчетная схема для крышки люка Определим толщину плоской крышки люка по формулам s 1 ³ s 1 p + c , ( SEQ ( * ARABIC 86 где , ( SEQ ( * ARABIC 87 где К – коэффициент, определяется по таблице [2], К=0,4; D p – расчетный диаметр, D р =D 3 = D б =690 мм; j – коэффициент прочности сварного шва, j =1; [ s ] – допускаемое напряжение при расчетной температуре, [ s ]=145 МПа; p – расчетное давление, p =10 МПа; К 0 – коэффициент ослабления крышки отверстиями, K 0 =1. . s 1 ³ 76+1=77 мм. 5.4.2 Допускаемое давление на крышку определим по формуле 5.4.1 Область применения расчетных формул Расчетная схема для крышки люка показана на рисунке 10. Формулы применимы для расчета крышки при условии ( SEQ ( * ARABIC 88 где s 1 – исполнительная толщина крышки, примем s 1 =200 мм; D р – расчетный диаметр, D р = D б =690 мм. 0,109 0,11. Условие соблюдается. 6 Расчет весовых характеристик аппарата 6.1 Расчет веса аппарата Вес аппарата при рабочих условиях рассчитывается по формуле G A = G K + G ИЗ + G Н.У + G В.У + G Ж , ( SEQ ( * ARABIC 89 где G K - вес корпуса, кН; G ИЗ - вес изоляции, кН; G Н.У - вес наружных устройств, кН; G В.У - вес внутренних устройств, кН; G Ж - вес жидкости, кН. G К = G Ц + G Д , ( SEQ ( * ARABIC 90 где G Ц - вес цилиндрической части корпуса, кН; G Д - вес днища, кН. G Ц = p ( D В + s ) s H Ц r м g , ( SEQ ( * ARABIC 91 где H Ц ¾ высота цилиндрической части корпуса, м; r м ¾ плотность металла, кг/м 3 , r м =7850 кг/м 3 . G Д = S Д s r м g , ( SEQ ( * ARABIC 92 где S Д - площадь днища, м 2 ; s д - толщина днища, м. G Ц =3,14 (1,2 + 0,05) 0,05 25,9 7850 9,81=391,424 кН, G Д =2,31 0,05 7850 9,81=9,673 кН. По формуле (90) G K =391,424+2 9,673=410,77 кН Найдем вес изоляции цилиндрической части корпуса G из.ц = p ( D B +2 s + s из. ) s из H Ц r из. g , ( SEQ ( * ARABIC 93 где s из. – толщина изоляции, м; r из. – плотность изоляции, кг/м 3 . ( SEQ ( * ARABIC 94 где s м.в. , s Al - толщина минеральной ваты и фольги, s м.в. =0,08 м, s Al =0,8 10 -3 м; r м.в. , r А l - плотность минеральной ваты и фольги, r м.в. =250 кг/м 3 , r Al =2500 кг/м 3 . 3 . G из.ц =3,14 (1,2+2 0,05+0,0808) 0,0808 25,9 272,3 9,81=24,237 кН. Найдем вес изоляции днищ G ИЗд =F д s из r из g, ( SEQ ( * ARABIC 95 G ИЗд =2,31 0,808 272,3 9,81=4,985 кН, G ИЗ =G ИЗц +2 G ИЗд , ( SEQ ( * ARABIC 96 G ИЗ =24,237+2 4,985=34,207 кН. Вес внутренних устройств определяется по формуле G ВН =n т М т g+ G от , ( SEQ ( * ARABIC 97 где n т - число тарелок, n т =40 шт.; М т - масса тарелки, М т =70 кг по ОСТ 26-01-1488-83; G от – вес сетчатого отбойника, G от =830,9 Н. G ВН = 40 70 9,81+830,9=28,3 кН. Вес жидкости в рабочих условиях определяется по формуле G Ж =( p (D B ) 2 /4) H Ж r ж g+V g r ж g, ( SEQ ( * ARABIC 98 где H Ж - высота слоя жидкости, H Ж =1,95 м; r ж - плотность жидкости, r ж =900 кг/м 3 ; V д - объем днища, V д =0,45 м 3 . G Ж =(3,14 1,2 2 /4) 1,95 900 9,81+0,45 900 9,81=23,434 кН. Найдем вес наружных устройств по формуле G н.у. =0,1 G К , ( SEQ ( * ARABIC 99 ) G н.у. =0,1 410,77=41,077 кН. По формуле (89) G A =410,77+34,207+28,3+23,434+41,077=537,788 кН. Найдем вес аппарата при монтаже G А.М. = G K + G ИЗ + G Н.У + G В.У , ( SEQ ( * ARABIC 100 ) G A.М =410,77+34,207+28,3+41,077=514,354 кН Максимальный вес аппарата определяется по формуле G Amax = G K +G НУ +G ВУ + G из. +G В , ( SEQ ( * ARABIC 101 где G В ¾ вес воды. G В =(( p (D B ) 2 /4) H Ц +2 V д ) ( r воды ) 20 g, ( SEQ ( * ARABIC 102 G B = ((3,14 1,2 2 /4) 25,9+2 0,45) 1000 9,81=296,039 кН, G max =410,77+34,207+41,077+28,3+296,039=810,393 кН. 6.2 Выбор опоры С учетом минимального веса аппарата G А =810,393 кН по ОСТ 26-467-78 выбирается опора 3 типа с кольцевым опорным поясом, показан на рисунке , со следующими основными размерами: высота опоры H 1 =2000 мм; наружный диаметр кольца D 1 =1480 мм; диаметр D 2 =1150 мм; диаметр D б =1360 мм; толщина стенки опоры s 1 =10 мм; толщина стенки опоры s 2 =20 мм; толщина стенки опоры s 3 =20 мм; число болтов z б =16 шт.; диаметр отверстия под болт d 2 =35 мм; диаметр болтов d б =М30. Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 11 7 Расчет на ветровую нагрузку Цель расчета: определение расчетных усилий для колонны от ветровых нагрузок.

Исходные данные для расчета: – высота колонны H =30,3 м; – коэффициент неравномерности сжатия грунта C F =2 10 8 H/м 3 ; – скоростной напор ветра 0,0005 МН/м 2 ; – модуль продольной упругости Е=1,75 10 5 МПа; 7.1 Определение периода собственных колебаний колонны Колонну разбиваем по высоте на три участка.

Расчетная схема показана на рисунке 12. Вес участка аппарата принимают сосредоточенным в его середине.

Нагрузку от веса аппарата прикладывают вертикально, а ветровую горизонтально. Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 12 Период основного тона собственных колебаний аппарата переменного сечения следует определим по формуле T=2 H , ( SEQ ( * ARABIC 103 где a i - относительное перемещение центров тяжести участков рассчитываемое по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 104 где b i - коэффициент, определяемый по формуле ( SEQ ( * ARABIC 105 g - коэффициент, определяемый по формуле ( SEQ ( * ARABIC 106 D , l , m - определяют по формулам: ( SEQ ( * ARABIC 107 ( SEQ ( * ARABIC 108 ( SEQ ( * ARABIC 109 Момент инерции сечения аппарата найдем по формуле ( SEQ ( * ARABIC 110 ) 4 ; 4 ; 4 . Момент сечения подошвы фундамента ( SEQ ( * ARABIC 111 4 . Проведем расчет по формулам (102)…(108) , 7.2 Определение изгибающего момента от ветровой нагрузки При расчете ветровая нагрузка, распределенная непрерывно по высоте аппарата, заменяется сосредоточенными горизонтальными силами P i , приложенными в серединах участков, как показано на рисунке 12. Изгибающий момент в расчетном сечении на высоте следует определять по формуле ( SEQ ( * ARABIC 112 где M v J - ветровой момент от действия ветра на площадки обслуживания, Н м.

Ветровая нагрузка на i - м участке ( SEQ ( * ARABIC 113 Статическая составляющая ветровой нагрузки на i - м участке ( SEQ ( * ARABIC 114 ) Динамическая составляющая ветровой нагрузки на i - м участке ( SEQ ( * ARABIC 115 Нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки на середине i - го участка аппарата ( SEQ ( * ARABIC 116 где q 0 - определяется по ГОСТ Р 51273-99, q 0 =230 H /м 2 ; ( SEQ ( * ARABIC 117 для аппаратов круглого сечения K = 0,7. Коэффициент динамичности x находится в зависимости от параметра ( SEQ ( * ARABIC 118 Коэффициент динамичности x определяется по формуле ( SEQ ( * ARABIC 119 Коэффициент пространственной корреляции пульсации ветра n определяют по формуле ( SEQ ( * ARABIC 120 Приведенное относительное ускорение центра тяжести i - го участка , ( SEQ ( * ARABIC 121 где a i , a n - относительное перемещение i - го и n - го участка при основном колебании Если X > 10, то ( SEQ ( * ARABIC 122 Если X 10, то m n = 0,6. Изгибающий момент в расчетном сечении на высоте от действия ветровой нагрузки на обслуживающую площадку следует определять по формуле ( SEQ ( * ARABIC 123 где А J - общая площадь, включенная в контур площадки, м 2 . Коэффициент c J по формуле ( SEQ ( * ARABIC 124 ) Проведем расчет по формулам (111)…(123). m 2 =0,6, , 2 , , 8 Расчёт корпуса аппарата от совместного действия всех нагрузок [ 5 ] Цель расчёта: Проверка аппарата на прочность и устойчивость в результате совместного действия всех нагрузок Исходные данные: p – расчётное давление, P R =11 МПа; D – внутренний диаметр аппарата, D =1200 мм; s – толщина стенки аппарата, S =50 мм; c – сумма прибавок к толщине стенки, С=2 мм; F – расчётное осевое сжимающее усилие в сечении У-У , F = 0,81 МН ; М – расчётный изгибающий момент в сечении У-У , М = 0,206 МН м ; f т – коэффициент прочности кольцевого сварного шва , f т =1; f p – коэффициент прочности продольного сварного шва , f p =1.

У
М
G
Направление ветра
У
Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 13 – Расчётная схема аппарата 8.1 Проверка корпуса аппарата на прочность 8.1.1 Проведем расчет для рабочего условия Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле ( SEQ ( * ARABIC 125 где F – осевое сжимающие усилие при рабочих условиях, F =0,537 МН; Рассчитываем продольные напряжения на подветренной стороне по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 126 . Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 127 Рассчитываем эквивалентные напряжения на наветренной стороне по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 128 МПа.

Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной стороне по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 129 . Проверяем условие прочности по следующим условиям - на наветренной стороне , ( SEQ ( * ARABIC 130 124,04 МПа 1 МПа. - на подветренной стороне ( SEQ ( * ARABIC 131 124,31 МПа Условие прочности выполняются. 8.1.2 Проведем расчет при условии монтажа Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле ( SEQ ( * ARABIC 132 где F – осевое сжимающие условие при монтаже, F =0,514 МН; По ГОСТ Р 51274 – 99 при условии монтажа p =0 МПа. . Рассчитываем продольные напряжения на подветренной стороне по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 133 . Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 134 Рассчитываем эквивалентные напряжения на наветренной стороне по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 135 МПа.

Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной стороне по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 136 . Проверяем условие прочности по следующим условиям - на наветренной стороне , ( SEQ ( * ARABIC 137 0,954 МПа 1 МПа. - на подветренной стороне ( SEQ ( * ARABIC 138 6,635 МПа Условия прочности выполняются. 8.2 Проверка устойчивости для рабочего условия и при условии испытания.

Допускаемая сжимающая сила из условия прочности сечения У-У корпуса аппарата определяется по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 139 Допускаемая осевая нагрузка из условия местной устойчивости формы определяется по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 140 MH , Допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости формы определяется по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 141 где l – гибкость аппарата; , . Определяем эквивалентную сжимающую осевую силу по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 142 ., Определяем допускаемый изгибающий момент из условия прочности , ( SEQ ( * ARABIC 143 . Определяем допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости , ( SEQ ( * ARABIC 144 . Определяем допускаемый изгибающий момент по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 145 . Проверяем аппарат на устойчивость от совместного действия нагрузок по условию , ( SEQ ( * ARABIC 146 При условиях испытания Условие выполняется. При рабочих условиях Условие устойчивости выполняется, следовательно, аппарат сохраняет прочность и устойчивость под действием совместно действующих нагрузок. 9 Расчет опоры Цель расчёта: проверка опоры аппарата на прочность и устойчивость.

Исходные данные: p – расчётное давление, P R =0,11 МПа; D – внутренний диаметр опоры, D =1200 мм; s – толщина стенки обечайки опоры, S =8 мм; c – сумма прибавок к толщине стенки, С=2 мм; F – расчётное осевое сжимающее усилие в сечениях, F = 0,81 МН ; М – расчётный изгибающий момент в сечениях, М=0,206 МН м ; f т – коэффициент прочности кольцевого сварного шва, f т =1; f p – коэффициент прочности продольного сварного шва, f p =1.

S 4
S 2
1:5
D
S 3
S
D б
D 1
d 1
y
z
x
x
z
y
2000
D 2
Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 14 9.1 Проверка обечайки опоры на прочность 9.1.1 Проведем расчет обечайки для рабочего условия Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле ( SEQ ( * ARABIC 147 где F – осевое сжимающие усилие при рабочих условиях, F =0,537 МН; Рассчитываем продольные напряжения на подветренной стороне по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 148 . Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 149 Рассчитываем эквивалентные напряжения на наветренной стороне по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 150 МПа.

Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной стороне по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 151 . Проверяем условие прочности по следующим условиям - на наветренной стороне , ( SEQ ( * ARABIC 152 12,1 МПа 1 МПа. - на подветренной стороне ( SEQ ( * ARABIC 153 48,61 МПа Условие прочности выполняются. 9.1.2 Проведем расчет обечайки при условии монтажа Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле ( SEQ ( * ARABIC 154 где F – осевое сжимающие условие при монтаже, F =0,514 МН; По ГОСТ Р 51274 – 99 при условии монтажа p =0 МПа. . Рассчитываем продольные напряжения на подветренной стороне по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 155 . Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 156 Рассчитываем эквивалентные напряжения на наветренной стороне по формуле , ( SEQ ( * ARABIC 157 МПа.

оценка авто для наследства в Липецке
оценка рыночной стоимости акций в Белгороде
оценка стоимости зданийоценка здания в Москве
дипломные работы на заказ, рефераты и авторские курсовые работы

Подобные работы

Расчет ректификационной колонны

echo "Расстояние между тарелками 500 мм. Кроме этого в аппарате имеются штуцера, предназначенные для подвода сырья, вывода продукта, замера температуры и давления. Аппарат оборудован люками-лазами дл