Реактор изомеразии

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.

2. Расчет цилиндрической части обечайки нагруженной избыточным и внутренним давлением

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

(6)

ц- расчетный коэффициент прочности сварного шва, ц = 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)

Р_r и Р_пр -гидравлическое и пробное давление, МПа;

Н-высота столба воды, м.

При расчете аппарата следует проверять, чтобы напряжение в стенке при гидроиспытании от суммарного давления Р_г 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.

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;

S_р - расчетная толщина стенки корпуса, S_Р =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 ?d_о

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;

d_ш- 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.

5. Выбор и расчет фланца «А»

D_н - наружный диаметр фланца, D_н=58,0см;

Р- расчетное давление, Р=16 кгс/см²;

D - диаметр фланца, D=40,0см;

S_о -толщина стенки, S_о =3,4см;

d_б -диаметр болта, d_б = 3см ;

D_сп - заданная толщина фланца, D_сп =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=0,785D_сп² •Р; (18)

Q _q=0,785• 12,35² •16= 1915,65 кгс;

Реакция прокладки в рабочих условиях определяем по формуле:

R_n=р•D•в_о•m•р; (19)

R_n= 2•р •12,53 •0,65•2,5•16=2046кгс;

При в < 1,5см;

в_о=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:

Q_t=г•n•f'_у•Е_у•t_ф•(L_ф-к₁•L_д)(20)

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

где г=0,022; n=56;

f_д=2,35см²;

f_д^'=0,785•d_д^2;

f_д^'=0,785•2² =3,14 см²;

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

L_д=11,09•10^{-6 1}/^оС - для стали 35 при температуре 280⁰С;

Болтовая нагрузка

а) в условиях монтажа определяем по формуле:

Р_д1=о(L•Q_q+R_n)+4M/Д_сп; (21)

Р_д1= 1,057(1,3•37000+3840)+4•0/125,3=54932,3кг;

Р_д1=р•в₀•_n•Д_сп•q; (22)

Р_д1р•0,65•125,3•203=52000кг;

где о=G_доп²⁰/ G_доп²⁸⁰=1400/1010=1,306;

или о=G_доп²⁰/ G_доп²⁸⁰=1470/1090=1,340

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

у_доп²⁰=1470кг/см²; у_доп 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 :

Р_д1?0,4[ у]₂•n•f_д=0,4•1323•56•2,35=69642,7 кг.

Принимаем Р_д1=69700 кг.

б)В рабочих условиях определяем по формуле:

Р_д2=Q_q+R_n+R _n +4M/Д_сп;(22)

Р_д2= 37000+3840+2096,7+4/125• 3=42936 кг.

Условия прочности болтов определяем по формуле:

у_Р1=Р_д1/n•f_д=[у]₂₀; у_Р2=Р_д2/n•f_д<[у•]_t;

у_Р1=54932,3/56•2,35=417,4<14701390 кг/см²;

у_Р2=42936/56•2,35=326,2<1390 кг/см²

Крутящий момент при затяжке болтов определяем по формуле:

M_кр=Е•Р_д1/n•d_д;(23)

M_кр= 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=P_д1/р•Д_сп•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:

М_о1=Р_д1(Д_д-Д_сп)/2; (25)

М_о1= 54932,2(131-125,3)/2=156556,2кг•см;

М_о2=1/2 [P_д2(Д_д-Д_сп)+Q_q(Д_cg-Д-S_э)]•у_доп20/ у_допt;

М_о2=1/2 [42936(131-125,3)37000 (125,3-120-1,2)]•1400/1310=211835,6 кг•см;

S_э=S_o=1,2см.

Принимаем М_о=211835кг•см.

Максимальное напряжение во втулке фланца определяем по формуле:

а) в сечении S₁; у₁=T•M₀•щ /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 S_о•у_о=f•у₁=1•3900=3900кг/cм²

Где щ=1/1+0,9л(1+ш₁•j²)= 1/1+0,90,375(1+0,0654•3,75²)=0,608

л=h/vД•S_э= 2,3/40•1,2=0,192; (26)

j=h/S_э= 2,3/1,2=1,92 ;

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

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

у_к=М_о[1-щ(1+0,9л)]ш_э/Д•h²; (27)

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

где ш₂=17; черт.9 (К=1,127).

Условия прочности в сечении определяем по формуле:

S_o=v(у_o+у_м)²+у_t²+(у_о+у_м)у_t?[у]_o (28)

S_o=v(3900+128,6)²+257,1²+(3900+128.6)257,1;

у_t=Р•Д/2(S_o-c); (29)

у_t= 16•40/2(2,6-2)=257,7кг/см²;

у_м=Р•Д/4(S_o-c); (30)

у_м= 16•40/4(2,6-2)=128,76кг/см²;

[у]_о=0,003•Е₂₀•з; (31)

[у]_о=0,003•1,99•0,9•10⁶=5373.

Условие герметичности определяем по формуле:

ц =у_к/Е₂•Д/h?[ц]; (32)

где [ц]=0,013; Е₂₀ =1,99•10⁶ кг/см;

ц =276,8/1,99•10⁶<0,013

Вывод: условие выполнено.

Заключение

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

Список используемой литературы

1. ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.

2. ГОСТ 24755-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепления отверстий.

3. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Конструирование сварных аппаратов химических аппаратов. Справочник- Машиностроение, Ленинград 1981г.

4. Вихман Г. Л., Круглов С. А. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов. - Москва: Машиностроение, 1978.

Размещено на Allbest.ru