Расчет на механическую прочность аппарата

 

Корпус вертикальных цилиндрических аппаратов с механическим перемешивающим устройством состоит из цилиндрической обечайки, днища и крышки. Основной задачей расчета на механическую прочность является определение толщины стенок обечайки, днища и крышки аппарата, а также обечайки и днища рубашки.

 

3.7.1.Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки

 

На цилиндрическую обечайку корпуса аппарата при работе могут воздействовать внутреннее и наружное избыточные давления, ветровая нагрузка и другие силы. Расчеты цилиндрической обечайки на местную устойчивость от ветровой нагрузки необходимо производить для аппаратов с отношением Н / D > 5. Расчетная толщина цилиндрической стенки S, находящейся под действием рабочего давления в аппарате Р, определяется по формуле

 

S = D · P / (2φ· σ - P) + C

где: D – внутренний диаметр аппарата, м;

σ – допускаемое напряжение, Мпа;

φ – коэффициент прочности продольного сварного шва обечайки;

С – величина прибавки к расчетной толщине, м

Величину прибавки С находят по формуле

 

С = С1 + С2 + С3

где: С1 – прибавка на коррозию, м (С1 = 0,5 · 10-3 м);

С2 – прибавка на эрозию, м (для аппаратов, в которых отсутствуют абразивные твердые частицы, С2 = 0);

С3 – прибавка на минусовый допуск толщины листа, из котрого изготовлена обечайка, м (С3 = 0,8 ·10-3 м)

Р – внутреннее давление в аппарате, МПа

 

Р =Рр + Рж,

где: Рр – рабочее давление в аппарате, МПа

Рж – гидростатическое давление столба жидкости, МПа

 

Рж = Нж · ρж · g

где: Нж – высота столба жидкости,м

ρж – плотность жидкости, кг/м3

g – уcкорение силы тяжести (g = 9,81м/с2)

Допускаемое напряжение для стали Ст.3 рассчитывают с помощью выражения

 

σ = σн · η / n

где: n – запас прочности

η – поправочный коэффициент

σн – нормативное допускаемое напряжение, МПа

Механические свойства стали Ст.3:

Предел прочности σп = 360 МПа

Предел текучести σт = 240 МПа

Расчет ведут по пределу прочности и пределу текучести. Допускаемое напряжение по пределу прочности:

 

σ = σпр · η / n

где: nп – запас прочности, который равняется 2,4

η =1

Допускаемое напряжение по пределу текучести (nт = 1,5):

 

σ = σт · η / 1,5

По полученным значениям σ рассчитывают толщину стенки Sц.

Дополнительно проверяют напряжение на стенке обечайки при гидравлическом испытании аппарата водой, когда:

 

Рв = Рп + Рж,

где: Рп – пробное давление при гидравлическом испытании, равное 0,9 МПа

Напряжение на стенке обечайки при гидравлическом испытании:

 

σ= [ D + (S - C)] · P / 2 · (S - C) · φ,

где: φ – коэффициент прочности продольного сварного шва, равный 1,0.

Если расчет подтверждает, что толщина стенки обечайки Sц, меньше, чем толщина стенки выбранного аппарата S, то обеспечивается ее прочность.

 

3.7.2. Расчет днища

 

Толщину стенки днища аппарата находят по формуле:

 

S = [ D · P / (3,8 · σ · φ – P) · D / 2 · Hв ] + C,

где: Нд – высота выпуклой части днища, м.

После расчета толщины стенки днища проверяют напряжение на стенке днища при гидравлическом испытании.

Проверочный расчет толщины стенки днища должен подтвердить его прочность.

 

3.7.3. Расчет крышки

 

Толщину стенки крышки аппарата находят по формуле:

 

S = D · P / (4φ · σ) + C

Толщина крышки выбранного аппарата должна обеспечить ее механическую прочность.

 

3.7.4.Расчет обечайки рубашки

 

Толщину стенки обечайки рубашки рассчитывают по формуле:

 

S = D · P / (2φ· σ - P) + C,

где: Dр – диаметр рубашки, м

Р - рабочее давление в рубашке, МПа

С - величина прибавки к расчетной толщине, м

 

С = С1 + С2

где: С1 – прибавка для компенсации коррозии, м (С1 = 0,5 · 10-3 м)

С2 - прибавка для компенсации минусового допуска листа, из которого изготовлена рубашка, м (С2 = 0,8 · 10-3 м)

φр = 0,9 – коэффициент прочности сварного шва

Толщина стенки обечайки рубашки выбранного аппарата должна превышать расчетную, что подтверждает соответствие ее условиям прочности.

 

3.7.5.Расчет днища рубашки

Толщину стенки рубашки, работающей под внутренним давлением, определяют по формуле

 

S = P ·R / (2φ · σ – 0,5 P) +C

где: R – радиус кривизны в вершине днища, м;

Р – давление в аппарате, МПа;

φ – коэффициент прочности сварного шва (для днищ из целой заготовки φ = 1);

С – величина прибавки к расчетной толщине стенки днища, м (рассчитывается аналогично толщине стенки днища аппарата).

Как и во всех предыдущих расчетах, толщина стенки днища рубашки не должна превышать толщины стенки стандартного аппарата.

 

Выводы

 

В этом разделе необходимо сформулировать краткие выводы по выполненной курсовой работе, привести результаты проделанных расчетов. Выводы должны быть кратким итогом всей проделанной студентом работы.

 

Литература

1.Васильцов Э.А., Ушаков В.В. Аппараты для перемешивания жидких сред. Справочное пособие. Л.: Машиностроение, 1979.

2.Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.:Химия, 1986.

3.Плановский Н.П., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия,1968.

4.Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. М.: Машгиз,1963.

5.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1971.

6.Промышленная технология лекарств.Т1,2.Под. ред. проф. В.И. Чуешова.Харьков:НФАУ,2002.