Расчет насадочного абсорбера

где s_p – расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки;

D- внутренний диаметр обечайки,

D = 0,8 м;

φ - коэффициент прочности  сварных соединений,

φ = 0,95;

р_р - расчетное давление,

р_р = 0,2;

р_И – пробное давление,

р_И = 0,45 МПа.

 - допускаемое напряжение при статических однократных нагрузках для рабочего состояния,

- допускаемое напряжение при статических однократных нагрузках при гидравлических испытаниях,

с - прибавка к расчетным  толщинам конструктивных элементов  определяется по формуле,

с = 1 мм;

с₀ – прибавка на округление размера до стандартного значения;

_=0,949

В соответствии со стандартом толщина листов стали должна быть 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 25, 28, 30 мм

с₀ = 2,051 мм до ближайшей большей стандартной толщины

Допускаемое давление:

в рабочем состоянии

при испытании

 

Проверим

- для сталей

Условие соблюдается

Определим исполнительную толщину стенки эллиптического днища (крышки) по формулам

 

где s_p – расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки;

D- внутренний диаметр обечайки,

D = 0,8 м;

φ - коэффициент прочности  сварных соединений,

φ = 0,95;

р_р - расчетное давление,

р_р = 0,2;

р_И – пробное давление,

р_И = 0,45 МПа.

 - допускаемое напряжение при статических однократных нагрузках для рабочего состояния,

- допускаемое напряжение при статических однократных нагрузках при гидравлических испытаниях,

с - прибавка к расчетным толщинам конструктивных элементов определяется по формуле,

с = 1 мм;

с₀ – прибавка на округление размера до стандартного значения;

_=0,948

В соответствии со стандартом толщина листов стали должна быть 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 25, 28, 30 мм

с₀ = 2,052 мм до ближайшей большей стандартной толщины

Допускаемое давление:

в рабочем состоянии

при испытании

 

 

Проверим

- для сталей

Условие соблюдается

Определим размеры корпуса  аппарата

- диаметр аппарата (из  задания)

 

D = 800 мм

Толщина стен колонны, крышки и днища

 

s = 4 мм

 

• высота аппарата складывается из двух колонн, кубового пространства, элиптической части крышки и днища.

Высота колонн (из задания)

l = 2000 ∙ 2 =4000 мм

Расстояние между днищем абсорбера и насадкой определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Обычно это расстояние принимают равным 1—1,5 d.

l₁ = 1,5 ∙ 800 =1200 мм

Внутренняя высота эллиптической  части днища и крышки

l_э = 0,25∙ D =0,25 ∙ 800 = 200 мм

Высота опоры (из задания)

l₂ =1200 мм

Итого высота колонны  составляет

4000 + 1200 + 200∙ 2 +1200= 6800 мм

 

3. Выбор оптимального варианта конструкции фланцев, формы привалочной поверхности, материала прокладок. Расчет одного фланцевого соединения.

 

      3.3.1 Выбор фланцев.

      Необходимость разъемного соединения частей оболочек диктуется соображениями технологии изготовления аппаратуры, условиями ее монтажа и эксплуатации. В каждом аппарате имеются многочисленные технологические отверстия для ввода сырья и вывода продукта, для ввода и вывода теплоносителей, люки, лазы и т.д. Технологические отверстия во время работы оборудования должны быть плотно соединены с трубопроводами или надежно заглушены.

Наиболее распространенный вид разъемного соединения - это  фланцевое соединение. Требования к разъемным соединениям, применяемым в химической аппаратуре:

1. Обеспечение герметичности соединения при данных рабочих давлениях и температурах.

2. Достаточная прочность  элементов соединения.

3. Возможность быстрой  и многократной сборки-разборки  соединения.

4. Технологичность, обеспечивающая  их массовое изготовление.

5. Достаточная дешевизна.

Наиболее распространенный вид разъемного соединения - это  фланцевое соединение. Фланцевые соединения удовлетворяют большинству из указанных требований , хотя не обеспечивают быструю разборку-сборку, а некоторые их виды достаточно дороги.

Приспособленность узла к массовому изготовлению требует  взаимозаменяемости и, следовательно, сведения к разумному минимуму числа их типоразмеров. Для того, чтобы не делать фланцы на каждое давление и на каждый диаметр трубы или обечайки, весь непрерывный ряд размеров и давлений разбит на ряд условных проходов и давлений. Поэтому разумно для нескольких близких диаметров труб и обечаек обходиться только одним размером фланца.

Условные проходы, применяемые  в настоящее время (мм): 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 800, 1000, и т.д. через 200 мм до 4000 мм.

Условные давления, применяемые  в настоящее время (МПа): <0,25; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,4; 10,0; 16,0; 20,0.

В нашем случае применяем  условный проход – 500 мм, условное давление – 0,6 МПа

Сущность работы фланца заключается в следующем. При  работе прокладки в области пластических деформаций происходит затекание материала  прокладки в неровности привалочной  поверхности фланца, за счет чего получается плотное соединение. При работе прокладки в области упругих деформаций уплотнение происходит по линии соединения прокладки и фланца.

Фланцы различаются :

а) по конструкции и  способу соединения с трубой или  обечайкой;

б) по внешней форме;

в) по форме привалочной (уплотнительной) поверхности.

 

 

Рисунок 5.   Фланцевое соединение:

1 – фланцы, 2 – болт, 3 - прокладка

 

Выбираем плоские приварные  фланцы

Требования к данным фланцам при условном давлении р_у до 1,0МПа условный диаметр D_у должен быть меньше или равен 3000 мм

В нашем выборе условие  соблюдается

 

Рисунок 6 . Форма фланцев: а - круглая; б - квадратная; в - овальная

 

Выбираем форму фланца круглую. Она удобна для их изготовления. Число болтов во фланцах должно быть кратно четырем.

Фланец будет работать в паре с другим фланцем, имеющим те же присоединительные размеры.

 

3.3.2 Выбор прокладок

      Назначение прокладки - уплотнить зазор между привалочными поверхностями фланца и препятствовать утечке среды через этот зазор.

Выбираем прокладку  из паронита. Паронит применяется для воды и пара при давлениях ниже 5 МПа и температурах не выше 450°С.

Преимущества данной прокладки

а) быть эластична, чтобы  при минимальном сжатии надежно уплотнять соединение;

б) не изменяет своей эластичности во время эксплуатации;

в) не портит привалочные поверхности;

г) материал достаточно доступен и дешев.

Форму прокладки выбираем - плоскую, это кольца, вырезанные из листа прокладочного материала и имеющие прямоугольное сечение.

 

Рисунок 7.    Сечение «мягкой» прокладки

 

 

 

 

 

 

 

3.3.3 Выбор формы привалочной поверхности

 

 

Рисунок 8. Форма привалочных поверхностей

а) плоская; б) плоская  с рисками; в) выступ-впадина; г) шип-паз; д) с овальным металлическим кольцом; е) с линзой

Выбираем привалочную  поверхность – шип-паз.

Преимущества выбора:

- предусмотрена работа  до Dy=800 мм и р_у=10 МПа,

- возможность самоцентрирования;

- меньшая вероятность  пробоя прокладки

Привалочные поверхности  под прокладку достаточно обработать по четвертому классу чистоты.

   

3.3.4  Расчет одного фланцевого соединения.

 

 

Рисунок 9.  Размеры фланца

 

Комплексный расчет фланцевого соединения состоит из определения  геометрических размеров его основных элементов (фланцев, болтов, прокладки)

1. Расчетная температуру  элементов фланцевого соединения  установим в соответствии с табличными данными ([6]см. табл. 1.37).

 

 

2. Допускаемое напряжение  для материала болтов ([6]см. табл. 1.38).

Материал болтов примем – сталь 35Х

 

 

3. Толщина s₀ втулки фланца

 

Для плоских приварных 

s₀ ≥s

s₀ = 4 мм

 

4. Высота h_в втулки фланца

 

Примем h_в = 25 мм

5. Диаметр D_б болтовой окружности фланцев

где и – наружный зазор между гайкой и втулкой, и = 4÷6 мм.

Примем и = 4 мм.

s₀ - толщина втулки фланца

s₀ = 4 мм

d_б – наружный диаметр болта, выбираем по таблице ([6]см. табл. 1.40) в зависимости от давления и диаметра аппарата.

d_б = 20 мм

Тогда

6. Наружный диаметр  фланцев

где а – конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца, принимаем по таблице ([6]см. табл. 1.41).

а = 40 мм

7. Диаметр отверстия  под болт, принимаем по таблице ([6]см. табл. 1.41).

d = 23 мм

 

8. Наружный диаметр прокладки

 

где е – нормативный  параметр, зависящий от типа прокладки, принимаем по таблице ([6]см. табл. 1.41).

е = 30 мм

 

9. Средний диаметр прокладки

 

где b – ширина прокладки принимаем по таблице ([6]см. табл. 1.42).

b = 12 мм

10. Количество болтов, необходимого для герметичности  соединения

где t_ш – рекомендуемый шаг расположения болтов, выбираем в зависимости от давления ([6]см. табл. 1.43). Число болтов во фланцах должно быть кратно четырем.

t_ш =(4,2÷5) d_б =(4,2÷5)∙20=84÷100мм

Принимаем 28 болтов

 

11. Высота (толщина)фланца  ориентировочно

где λ_ф – принимаем согласно ([6]см. рис. 1.40).

λ_ф = 0,38

s_эк – эквивалентная толщина втулки

где β₁ – принимается по таблице ([6]см. рис. 1.39).

β₁ = 2,5

 

12. Болтовая нагрузка, необходимая для обеспечения  герметичности соединения определяется исходя из схемы нагружения ([6]см. рис. 1.41).

 

Рисунок 10.   Схема действия нагрузок на фланец в рабочих условиях

 

Болтовая нагрузка в  условиях монтажа

 

где F_Д – равнодействующая внутреннего давления,

R_П – реакция прокладки,

b₀ – эффективная ширина прокладки,

при b≤15 мм   b₀ = b = 12 мм

к_пр – коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки([6]см. табл. 1.44), к_пр = 2,5

f_б – расчетная площадь поперечного сечения болта([6]см. стр. 98),

при d_б = 20 мм  f_б =2,35∙10^-4

[σ]_б20 – допускаемое напряжение для материала болта при 20⁰С([6]см. табл. 1.38),

[σ]_б20 = 130МПа

P_пр – минимальное давление обжатия прокладки([6]см. табл. 1.44),

P_пр = 20 МПа

к_ж – коэффициент жесткости фланцевого соединения

 

где у_п – линейная податливость прокладки,