Разработка конструкций колонны для разделения смеси уксусная кислота-вода

     Обечайки, работающие под совместным действием  нагрузок, проверяют на устойчивость по формуле:

                           (86)

   

     Условие устойчивости обечайки выполняется. 

     Расчет  на условия гидроиспытаний.

     Рассчитывается  пробное давление для корпуса, т.е. давление на которое испытывают аппарат; для сварного аппарата

                            (87)

     для стали 10Х17Н13М2Т = 160 МПа, а = 152 МПа при 117,5 °С

   

     дополнительное  давление от веса столба жидкости

                  (88)

                   (89)

       должно выполняться условие

                 

    <

     условие выполняется, следовательно расчет на прочность для условий гидроиспытаний не проводится.

 

      3.2.2 Расчет толщины стенки днища аппарата

     По [7] выбираем днище эллиптическое  отбортованное. Конструкция представлена на рисунке 2.

     Размеры днища по ГОСТ 6533-78

     D = 1200 мм

     Н_д = 300 мм

     b_ц - в зависимости от толщины стенки днища.

     

     Рисунок 2. Днище.

     Для случая нагружения внутренним избыточным давлением расчетная толщина стенки днища определяем по формуле:

                          (90)

     где R - радиус кривизны в вершине днища, для эллиптических днищ и крышек

   

     Исполнительная  толщина стенки днища 

     Принимаем исполнительную толщину стенки днища  10 мм.

     Для случая нагружения наружным давлением  толщину стенки  определяем по формуле

                      (91)

     где К_э = 0,9 коэффициент приведения радиуса кривизны эллиптического днища.

     

     Для снижения отрицательного действия краевого эффекта, возникающего вследствие разности толщины стенок днища и обечайки, принимаем S_Д = 10 мм. Допускаемое наружное давление

               

     Допускаемое давление из условия прочности определяем по формуле

   

     допускаемое давление из условия устойчивости в  пределах упругости 

                      (92)

     где                       (93)

                            

   

   

    <

     Условие прочности выполняется. 
 
 
 
 
 
 

 

      3.2.3 Расчет укрепления отверстия

     Расчет  ведем согласно [7].

     Расчетный диаметр отверстия, не требующего дополнительного  укрепления. Конструкция представлена на рисунке 3.

                       (94)

   

     Укрепим отверстие  d =500мм.

     

     Рисунок 3. Укрепляемое отверстие

     Условие укрепления отверстия

                (95)

     Расчетная толщина стенки штуцера 

                 (96)

     Принимаем стандартный штуцер D_y = 500 мм; S = 20 мм; Н_т = 300 мм.

                     (97)

     

     Расчетная ширина зоны укрепления:

                  (98)

               (99)

   

   

     Отверстие укреплено. 
 
 
 
 

     3.2.4 Выбор основных параметров и  расчет болтов фланцевого соединения.

     Согласно [7] конструкция фланцевого соединения принимается в зависимости от рабочих параметров аппарата. При р < 2,5 МПа и t < 300⁰С принимаются стальные плоские приварные фланцы. Поэтому выбираем плоские приварные с соединением шип - паз по ОСТ 26-426-79 с параметрами:

     Фланец  50-10 ГОСТ 12828-79

     D _ф = 160мм; D_Б = 125мм; D₁ = 102мм; D₂ = 88 мм; D₄ = 59 мм; h = 21 мм;

     h₁ = 18 мм; z = 4 отв.

     В качестве крепежных деталей во фланцевых  соединениях принимаем болты М16, материал - сталь 35. В качестве прокладочного материала принимаем резину.

     

     Рисунок 4. Фланец.

     Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления определяем по формуле [2]:

                            (100)

     где - средний диаметр прокладки, м

                              (101)

     где  D_n = 85 мм - диаметр прокладки;

     b_n = 15 мм - ширина прокладки.

   

     

 

      Реакция прокладки в рабочих условиях:

                            (102)

     где  - эффективная ширина прокладки

     m = 1 - коэффициент по [7]

   

     Усилие  от температурных деформаций:

                        (103)

     где  - безразмерный коэффициент;

       z_Б  = 4 - количество болтов;

        - площадь поперечного сечения болта;

       = 1,99 ∙ 10¹¹ Па - модуль продольной упругости материала болтов;

        - коэффициент линейного температурного расширения материала фланца;

      - коэффициент линейного температурного расширения материала болтов;

      - расчетная температура фланца;

      - расчетная температура болтов;

     Безразмерный  коэффициент  согласно [7] определяется по формуле:

                             (104)

                                      (105)

     где у_n - податливость прокладки, м/Н;

     у_Б - податливость болтов, м/Н;

     у_Ф - податливость фланца, 1/Нм

                                               (106)

     где S_n  = 0,002 м - толщина прокладки;

       Е_n = 17 Па - модуль продольной упругости материала прокладки.

   

                            (107)

     где - расчетная длина болта, м

   

   

                        (108)

     где - безразмерный параметр

       = 0,38 - коэффициент, [7];

                         (109)

   

     h - ориентировочная толщина фланца, м.

                       (110)

     где - коэффициент, равный

                     (111)

     j - коэффициент.

                              (112)

                  (113)

                     

      , принимаем

   

   

     Тогда

   

       Подставляя. в формулу получим:

   

   

   

     Расчетная температура фланца и болтов определяем по таблице [7]

   

   

       

     Болтовая  нагрузка в условиях монтажа:

           (114)

     где - коэффициент;

     q = 4 МПа - параметр прокладки;

     [σ_Б]²⁰ =130 МПа - допускаемое напряжение для материала болтов.

                     (115)

                        (116)

 

  

   

     Болтовая  нагрузка в рабочих условиях:

                        (117)

   

     Проверим  условия прочности болтов для  условий монтажа и рабочих  условий [7]:

                       (118)

     где - допускаемое напряжение для материала болтов при   расчетной температуре.

            

   

     Условия прочности соблюдаются. 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3.2.5 Выбор и расчет опоры

     Определяются  расчетные нагрузки, действующие на опору по ОСТ 26-467-84. Конструкция опоры представлена на рисунке 5.

      - расчетные изгибающие моменты  в нижнем сечении опорной обечайки  соответственно в режимах эксплуатации, гидравлического испытания и в условиях монтажа.

     Полагаем, что 

      - осевые сжимающие силы, действующие  в нижнем сечении опорной обечайки  соответственно в режимах эксплуатации и гидравлического испытания;