Реактор изомеразии

 

 

Содержание.

 

1. Введение.

2. Расчет цилиндрической части обечайки нагруженной избыточным и внутренним давлением.

3. Расчет эллиптического днища, нагруженного избыточным и внутренним давлением.

4. Проверка на возможность проведения гидроиспытаний.

5. Расчет на прочность и укрепления отверстий штуцеров «Г» и «Д».

6. Расчет и выбор фланца «А».

7. Заключение

8. Список используемой литературы                                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение.

 

Цель курсовой работы:

подтвердить знания по предмету и сделать расчет на прочность и укрепления отверстий штуцеров,  определить  толщину цилиндрической части обечаек и днищ, а также выполнить расчет на проведение гидроиспытаний.

Реактор изомеризации предназначен для получения высокоактанового компонента бензинов.

 

 

 

Параметр	Обозначение	Единицы измерения	Данные
Диаметр аппарата	D	мм	2000
Высота цилиндрической части	Но	мм	4000
Расстояние до штуцера	Х1	мм	300
Расстояние до штуцера	Х2	мм	330
Диаметр штуцера  А	DША	мм	400
Диаметр штуцера Б	DШБ	мм	100
Диаметр штуцера В	DШВ	мм	100
Диаметр штуцера Г	DШГ	мм	100
Диаметр штуцера  Д	DШД	мм	50
Материал корпуса			09Г2С
Прибавка на коррозию	с	мм	2
Температура в реакторе	Т	0С	280
Абсолютное давление в реакторе	Р	кгс/см2	35

 

 

 

 

 

 

2. Расчет цилиндрической части обечайки нагруженной избыточным и внутренним давлением.

      Расчетную толщину стенки цилиндрической обечайки, работающей

под внутренним избыточным давлением, определяем по формуле :

(1)

S-толщина стенки корпуса,

с- прибавка к расчетной толщине стенки с=0,2см,

Sр- расчетная толщина стенки определяется по формуле:

 (2)

Р- расчетное давление, Р=35 кгс/см2;

D –внутренний диаметр аппарата, D=200см;

φ- расчетный коэффициент прочности сварного шва, φ = 1;

-допускаемое напряжение материала 09Г2С при расчетной t=2800С,

 

Принимаем толщину стенки S=26мм.

Допускаемое избыточное внутреннее давление будем рассчитывать по формуле:

 (3) 

;

Вывод: толщина стенки аппарата выбрана правильно.

 

 

 

 

3. Расчет эллиптического днища, нагруженного избыточным

и внутренним давлением.

Толщину стенки рассчитываем по формуле:

     

(4)

R-радиус кривизны в вершине днища по внутренней поверхности, R=200см;

Р- расчетное давление, Р=35 кгс/см2;

с- прибавка к расчетной толщине стенки с=0,2см;

φ- расчетный коэффициент прочности сварного шва, φ = 1;

-допускаемое напряжение материала 09Г2С при расчетной t=2800С,

 

Sр1- расчетная толщина днища рассчитывается по формуле;

Принимаем толщину стенки S=26мм.

Допускаемое избыточное внутреннее давление будем рассчитывать по формуле:

  (5)

;

Условие выполняется.

Подбираем стандартное эллиптическое днище  по ГОСТ 6533 – 53

с размерами:      

Вывод: толщина днища аппарата выбрана правильно.

 

4. Проверка на возможность проведения гидроиспытаний.

        Гидравлическое испытание аппаратов на заводе-изготовителе проводят на пробное давление:

 (6)

φ- расчетный коэффициент прочности сварного шва, φ = 1;

с- прибавка к расчетной толщине стенки с=2мм,

-допускаемое напряжение материала 09Г2С при расчетной t=2800С,

 

-допускаемое напряжение материала 09Г2С при расчетной t=200С,

При гидроиспытании в нижней части аппарата возникает давление, превышающее пробное на величину давления столба воды:

(7)

Рr  и Рпр –гидравлическое и пробное давление, МПа;

Н-высота столба воды, м.

При расчете аппарата следует проверять, чтобы напряжение в стенке при гидроиспытании от суммарного давления Рг не превышало то есть:

(8)

Испытание аппаратов следует проводить с крепежными деталями и прокладками. При толщине стенки до 50 мм аппарат выдерживает под давлением не менее 10 мин.

При заполнении аппарат водой необходимо следить, чтобы в нем не оставался воздух. При спуске воды из аппарата следует открывать воздушник, чтобы предотвратить нежелательное действие на аппарат внешнего давления.

5. Расчет на прочность и укрепления отверстий штуцера «Г»и «Д».

 

Определим расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления, при наличии избыточной толщины стенки аппарат по формуле:

(9)

S - принятая толщина стенки аппарата,  S =26мм;

Sр - расчетная толщина стенки корпуса, SР =0,227см;

с-  прибавка технологическая, монтажная, на коррозию с =2мм;

D –внутренний диаметр аппарата, D=200см;

-допускаемое напряжение материала 09Г2С при расчетной t=2800С,

 

d р ≤dо

Следовательно, отверстие под штуцер «Д» DУ 50 укреплять не следует.

Выполним расчет для отверстия под штуцер «Г» d=100мм.

 

Рис 2. Расчетная схема соединения патрубка со стенкой аппарата.

Расчетную толщину стенки штуцера, нагруженного внутренним давлением, определяем по формуле:

  (10)  

  

Р- расчетное давление, Р=35 кгс/см2;

с- прибавка к расчетной толщине стенки с=0,2см;

dш- диаметр штуцера, d ш =10см;

 
Принимаем S=4мм.

Расчетная длины внешней части штуцера:

Внешняя:

(11)

Принимаем см.

Внутренняя часть штуцера:

(12)

Принимаем см.

Расчетная ширина зоны укрепления в стенке корпуса:

(13)

.

Расчетная ширина накладного кольца:

(14)

Принять  см.

Отношения допускаемых напряжений для накладного кольца:

(15)

Принять .

Расчетный диаметр отверстия, см:

(16)

 

Условие укрепления отверстия, см:

Условие выполняется.

Допускаемое давление, кгс/см2:

(17)

 

Вывод: условие выполняется.

 

7. Выбор и расчет фланца «А».

Dн – наружный диаметр фланца, Dн=58,0см; 

Р- расчетное давление, Р=16 кгс/см2;

D – диаметр фланца, D=40,0см; 

Sо  -толщина стенки,   Sо =3,4см;  

dб  -диаметр болта, dб = 3см ;

 Dсп - заданная толщина фланца, Dсп =12,53см;

В  -  толщина фланца, В = 1,3 см;

h - расчетная высота втулки, h=3,4см; 

Материал фланцев –сталь Вст3сп5.

Равнодействующая внутреннего давления определяем по формуле:

Q q=0,785Dсп2 ∙Р; (18)

Q q=0,785∙ 12,352 ∙16= 1915,65 кгс;

Реакция прокладки в рабочих условиях определяем по формуле:

Rn=π∙D∙во∙m∙р; (19)

Rn= 2∙π ∙12,53 ∙0,65∙2,5∙16=2046кгс;

При в < 1,5см;

 во=0,5∙в=0,5∙1,3=0,65см;

 m=2,5-для паронита.

 Усилие, возникающее от разности  температур фланца и болтов в период эксплуатации определяем по формуле:

Qt=γ∙n∙f'σ∙Εσ∙tф∙(Lф-к1∙Lδ)(20)

Qt=0,022∙56∙3,14∙1,86∙106∙150/12,7∙106-11,09∙10-6)=2096,7кг;

где  γ=0,022;  n=56;

fδ=2,35см2;

fδ'=0,785∙dδ2;

fδ'=0,785∙22  =3,14  см2;

Εδ=1,86∙106 кг/см - для стали Вст3сп5 при температуре +2800С;

Lδ=11,09∙10-6 1/оС -  для стали 35 при температуре 2800С;

Болтовая нагрузка

а) в условиях монтажа определяем по формуле:

Рδ1=ξ(L∙Qq+Rn)+4M/Дсп; (21)

Рδ1= 1,057(1,3∙37000+3840)+4∙0/125,3=54932,3кг;

Рδ1=π∙в0∙n∙Дсп∙q;  (22)

Рδ1π∙0,65∙125,3∙203=52000кг;

где ξ=Gдоп20/ Gдоп280=1400/1010=1,306;

или ξ=Gдоп20/ Gдоп280=1470/1090=1,340

Принимаем меньшее значение ξ=1,306, где [σ]20=1400кг/см2 для материала болтов сталь 35; [σ]280=1010кг/см2 при температуре 2800С;

   σдоп20=1470кг/см2; σдоп  280=1090кг/см2 для материала фланца Вст3сп5 при температуре 200С и 2800С.

L=1,3    табл.5;   q=100+35=135 табл.3 из условия :

Рδ1≥0,4[ σ]2∙n∙fδ=0,4∙1323∙56∙2,35=69642,7 кг.

Принимаем Рδ1=69700 кг.

б)В рабочих условиях определяем по формуле:

Рδ2=Qq+Rn+R n +4M/Дсп;(22)

Рδ2= 37000+3840+2096,7+4/125∙ 3=42936 кг.

Условия прочности болтов определяем по формуле:

 σР1=Рδ1/n∙fδ=[σ]20;   σР2=Рδ2/n∙fδ<[σ∙]t; 

σР1=54932,3/56∙2,35=417,4<14701390 кг/см2; 

σР2=42936/56∙2,35=326,2<1390 кг/см2

Крутящий момент при затяжке болтов определяем по формуле:

Mкр=Е∙Рδ1/n∙dδ;(23)

Mкр= 0,07∙54932,3/56∙2=137,3кг∙см.

Е=(0,06+0,08) -коэффициент для болтов с основной метрической резьбой при чисто обработанных поверхностях и при наличии смазки.

Проверка прочности прокладок определяем по формуле:

q=Pδ1/π∙Дсп∙в≤[q] (24)

q=54932,3/3,15∙125,3∙1,3=107,4≤1390 кгс/см2

Приведенный изгибающий момент.

Принимаем большее значение из 2-х значений:

Мо1=Рδ1(Дδ-Дсп)/2;  (25)

Мо1= 54932,2(131-125,3)/2=156556,2кг∙см;

Мо2=1/2 [Pδ2(Дδ-Дсп)+Qq(Дcg-Д-Sэ)]∙σдоп20/ σдопt;

Мо2=1/2 [42936(131-125,3)37000 (125,3-120-1,2)]∙1400/1310=211835,6 кг∙см;

Sэ=So=1,2см.

Принимаем Мо=211835кг∙см.

Максимальное напряжение во втулке фланца определяем по формуле:

а) в сечении S1;     σ1=T∙M0∙ω /Д*(S1-c)2= 1,865∙211835/120(1,2-0,2)2=3292,23

где Т=1,865, черт.8а, при К=1,127; Д*=Д=40см

б) в сечении Sо∙σо=f∙σ1=1∙3900=3900кг/cм2

Где ω=1/1+0,9λ(1+ψ1∙j2)= 1/1+0,90,375(1+0,0654∙3,752)=0,608

λ=h/√Д∙Sэ= 2,3/40∙1,2=0,192;  (26)

j=h/Sэ= 2,3/1,2=1,92 ;

Ψ=0,065,(черт.7)    (К=Дн/Д= 215/40=21,5);  f=1черт.8.

Окружное напряжение в кольце фланца определяем по формуле [3,с.13]:

σк=Мо[1-ω(1+0,9λ)]ψэ/Д∙h2;  (27)

σк= 311835[1-0,608(1+0,9∙0,375)]17/10∙4,52=276,8 кгс/см2

 где ψ2=17; черт.9     (К=1,127).

Условия прочности в сечении определяем по формуле:

So=√(σo+σм)2+σt2+(σо+σм)σt≤[σ]o   (28)

So=√(3900+128,6)2+257,12+(3900+128.6)257,1;

σt=Р∙Д/2(So-c);  (29)

σt= 16∙40/2(2,6-2)=257,7кг/см2;

σм=Р∙Д/4(So-c);  (30)

σм= 16∙40/4(2,6-2)=128,76кг/см2;

[σ]о=0,003∙Е20∙η;  (31)

[σ]о=0,003∙1,99∙0,9∙106=5373.

Условие герметичности определяем по формуле:

φ =σк/Е2∙Д/h≤[φ];  (32)

где [φ]=0,013;   Е20 =1,99∙106 кг/см;

φ =276,8/1,99∙106<0,013

Вывод: условие выполнено.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Заключение.

Рассчитанный нами реактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат диаметр 200мм, оснащен внутренним устройством. Внутренний объем реактора заполнен катализатором, что обеспечивает выходу высооктанового бензина.