Расчет геометрических размеров аппарата.

Выбор материалов.

Материалами для изготовления стальных сварных аппаратов являются полуфабрикаты, поставляемые металлургической промышленностью.

Материалы должны быть химически и коррозионностойкими в заданной среде при её рабочих параметрах, обладать хорошей свариваемостью и соответствующими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускать горячую и холодную механическую обработку, а также, иметь возможно низкую стоимость и быть недефицитными.

При выборе конструкционного материала основным критерием является его химическая и коррозионная стойкость в заданной среде. Обычно выбирают материал, абсолютно или достаточно стойкий в среде при её рабочих параметрах и к расчетным толщинам на коррозию соответствующие прибавки в зависимости от срока службы аппарата. Вместе с тем следует учитывать и другие виды коррозии (межкристаллитную, точечную, коррозионное растрескивание), которым подвержены некоторые материалы в агрессивных средах. Другим критерием при выборе материала является расчетная температура стенок аппарата, а также, если эта температура является положительной, для аппаратов, устанавливаемых на открытой площадке или в неотапливаемом помещении, необходимо учитывать абсолютную минимальную зимнюю температуру наружного воздуха, при которой аппарат может находиться под давлением или вакуумом.

Таким образом, выбор материала должен производиться из учёта его коррозионной стойкости в заданной среде и рабочих условий.

Параметры среды

Среда	AlCl₃, водный раствор
Температура ,
Плотность ,
Концентрация, %

Учитывая эти условия, выбираем материал:

· для корпуса – Сталь Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72);

· для мешалки и вала – Сталь Х17Н13М2Т (ГОСТ 5632-72);

· для крепежных изделий – Сталь 35ХМ (ГОСТ 5632-72).

Материал защитного слоя – фторопласт-4 (ГОСТ 10007-62). (табл.2, Справочные таблицы)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3. Расчетная часть.

Расчетная часть курсового проекта включает в себя проверочные расчеты составных частей аппарата с мешалкой по главным критериям работоспособности (прочность, устойчивость, термостойкость, коррозионная стойкость и т.д.).

Расчет геометрических размеров аппарата.

Расчет обечаек, днищ, крышек корпуса аппарата на прочность и устойчивость под действием внутреннего и наружного давления с учетом термостойкости и коррозионной стойкости материалов должен выполняться в соответствии с ГОСТ 14249–80.

Для выполнения расчета предварительно необходимо определить ряд параметров:

1) Расчетное давление – давление, при котором производится расчет на прочность и устойчивость элементов корпуса аппарата. Расчетное давление для элементов аппарат принимается, как правило, равным рабочему или выше его. По стандарту за рабочее давление принимается внутреннее давление среды в аппарате.

Если на элемент аппарата действует гидростатическое давление, составляющее 5% и более от рабочего, то расчетное давление должно быть повышено на эту же величину:

где P_гидр– гидростатическое давление столба жидкости, МПа;

r – плотность жидкости, кг/м³;

g = 9,8 – ускорение свободного падения, м/с;

H_ж – высота столба жидкости, м.

Высота столба жидкости находят перемножением внутреннего диаметра корпуса на отношение H_ж/D: H_ж=D∙H_ж/D=1200∙0,8=960 мм. Таким образом, гидростатическое давление равно:

Р_гидр=0,96∙9,8∙1090∙10^-6=0,0103 МПа

5%Р_и=0,09∙0,5=0,045 МПа

Влияние гидростатического давления можно не учитывать, т.к. оно составляет менее 5% от избыточного.

Расчетное наружное давление при проверке стенок корпуса на устойчивость:

Р_р.н.=Р_а–Р_о+Р_руб,

где Р_р.н. – расчетное наружное давление, МПа;

Р_а – атмосферное давление, МПа;

Р_о – остаточное давление в корпусе, МПа;

Р_руб – давление в рубашке, МПа.

Р_р.н. = 0,1–0,01+0,35=0,44 МПа.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Расчетная температура. За расчетную температуру принимается температура среды в аппарате.

t_расч.=100⁰C

3) Допускаемое напряжение для выбранного материала:

[s] = s^* ∙ h ,

где [s] – допускаемые напряжения, МПа

s^* – нормативные допускаемые напряжения, МПа

h – коэффициент пожаровзрывоопасности

s^* = 139 МПа, (табл.3, Справочные таблицы)

Т.к. АlCl₃ не пожаро- и взрывоопасная среда, то коэффициент пожароопасности h=1,0.

[s] = 139∙1,0 = 139 МПа.

4) Прибавка на коррозию рассчитывается:

C_k = П ∙ L_h ,

где С_к – прибавка на коррозию, м;

П – скорость коррозии, м/год;

L_h=10 – заданная долговечность, лет.

С_к =10∙0,3=3мм

5) Модуль упругости легированных сталей при 100 ⁰С равен:

Е = 2,00∙10¹¹ Па. (табл.4, Справочные таблицы)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3.1.1 Оболочки, нагруженные внутренним давлением.

1) расчет толщины стенки цилиндрической обечайки:

Толщину стенки цилиндрической обечайки, находящуюся под внутренним давлением рассчитывают:

где S – толщина цилиндрической обечайки, мм;

Р_р – расчетное внутреннее давление, МПа;

D – внутренний диаметр, мм;

[s] – допускаемые напряжения, МПа;

j – коэффициент сварного шва;

С_к – прибавка на коррозию, мм;

С_о – прибавка на округление до стандартного размера, мм.

Т.к. корпус аппарата сварной, то необходимо учитывать влияние сварного шва. Примем j =1,0 как для аппарата со стыковыми и тавровыми швами с двухсторонним проваром, выполненных автоматической сваркой.

По сортаменту листовой стали выбираем толщину S=8 мм с учетом допускаемых отклонений от стандартной толщины и С_о=1,1 мм. (табл.7, Справочные таблицы)

2) расчет эллиптической крышки и днища:

Так как днище неразъемное, то для удобства сварки и уменьшения краевых сил при переходе от одной толщины к другой, необходимо чтобы толщина стенок днища и цилиндрической обечайки была одинаковой.

Для стандартных крышек исполнительная толщина стенки:

где S_э- толщина стенки эллиптической крышки, мм

По сортаменту листовой стали выбираем толщину S=10 мм с учетом допускаемых отклонений от стандартной толщины и С_о=3,1 мм. (табл.7, Справочные таблицы)

Далее ⇒