Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Января 2014 в 22:16, курсовая работа
У хімічній промисловості широке розповсюдження отримали теплові процеси – нагрівання та охолодження рідин, газів та конденсація парів, що відбуваються у теплообмінних апаратах. Теплообмінниками називаються апарати, що призначені для передачі тепла від одних речовин до інших. Речовини, що приймають участь у процесі передачі тепла називають теплоносіями. Теплоносії, що мають більш високу температуру і віддають тепло прийнято називати нагріваючими агентами, а теплоносії з більш низькою температурою, ніж середовище, від якої вони сприймають тепло – охолоджуючими агентами.
Вступ…………………………………………………………………….4
1 Загальна частина……………………………………………………...6
1.1 Техніко –економічне обґрунтування……………………………6
1.2 Устрій та принцип роботи теплообмінника…………………….8
1.3 Монтаж теплообмінника…………………………………………12
2 Спеціальна частина…………………………………………………...14
2.1 Тепловий розрахунок теплообмінника………………………….14
2.1.1 Вихідні данні …………………………………………………14
2.1.2 Попередній тепловий розрахунок……………………………15
2.1.3 Тепловий розрахунок…………………………………………16
2.1.4 Вибір типа теплообмінника………………………………..…19
2.2 Розрахунок кожуха………………………………………………..24
2.2.1 Вихідні данні…………………………………………………..24
2.2.2 Розрахунок геометричних розмірів кожуха…………………24
2.3 Розрахунок днища…………………………………………………29
2.3.1 Вихідні данні…………………………………………………..30
2.3.2 Розрахунок геометричних розмірів днища………………….30
2.4 Розрахунок фланцевого з’єднання……………………………….31
2.4.1 Конструктивні розрахунки фланця…………………………..31
2.4.2 Розрахунок навантажень, що діють на фланець…………….35
2.4.3 Перевірка міцності і герметичності з’єднання………………38
Висновок…………………………………………………………………42
Література………………………………………………………………..43
Для листового прокату =1 [5].
Для сталі 20 при =139МПа.
МПа.
Пробний тиск при гідроіспитах визначаємо за формулою:
, (2.32)
де – допустиме напруження для матеріалу при температурі 20 .
, (2.33)
МПа.
.
Приймаємо МПа.
Визначимо товщина стінки тонкостінної обичайки, що навантажена внутрішнім тиском:
, (2.34)
де С – сумарна прибавка на товщину, м
, (2.35)
де - прибавка для компенсації корозії та ерозії, м;
- прибавку на мінусовий допуск, м;
- прибавка технологічна, м.
, (2.36)
де – швидкість корозії матеріалу кожуха, ;
– термін служби апарата, рік;
– прибавка для компенсації ерозії, м.
=0 [6] при швидкостях середовища <20м/с.
Для сталі 20 швидкість корозії .
Термін служби апарата =10 років.
мм,
=0,1мм, =0,
мм.
Допустиме напруження при гідро іспитах визначаємо за формулою:
, (2.37)
де – мінімальне значення межі текучості при температурі 20 .
=220МПа [5].
МПа.
.
Приймаємо мм.
мм.
З конструктивних міркувань приймаємо товщину стінки S=9мм та трубу діаметром 426мм.
Так, як
умова застосування формул виконується.
2.3 Розрахунок днища
2.3.1 Вихідні данні
Еліптичне днище працює під внутрішнім тиском.
Розрахункова схема днища приведена на рис. 2.4
Рис. 2.4 Розрахункова схема навантаження днища
Вихідні данні:
Внутрішній діаметр днища D=0,408м,
Робочий тиск р=1,6МПа,
Температура середовища ,
Матеріал кожуха сталь 20 ГОСТ 1050-94.
Густина середовища, що знаходиться у міжзубному просторі (азот) складає 15,2
2.3.2 Розрахунок геометричних розмірів днища
Розрахункова товщина стінки циліндричного кожуха, що працює під внутрішнім тиском визначаємо за формулою:
, (2.38)
Для листового прокату =1 [5].
Для сталі 20 при =126МПа.
МПа.
Пробний тиск при гідроіспитах визначаємо за формулою:
, (2.39)
МПа.
.
Приймаємо МПа.
Допустиме напруження при гідро іспитах визначаємо за формулою:
, (2.40)
де – мінімальне значення межі текучості при температурі 20 .
=220МПа [5].
МПа
Визначимо сумарну прибавка на товщину за формулою:
, (2.41)
,, (2.42)
Для сталі 20 швидкість корозії .
Термін служби апарата =10 років.
мм,
=0,1мм, =0,5мм,
мм.
.
Приймаємо мм.
мм.
З конструктивних міркувань приймаємо товщину днища S=6мм.
Так, як
умова застосування формул виконується.
2.4 Розрахунок фланцевого з’єднання
2.4.1 Конструктивні розрахунки фланця
Товщина втулки (рис. 2.4):
, (2.43)
9<12< ;
З конструктивних міркувань приймаємо =12.
Товщина втулки
, (2.44)
=1,8 при D/ =408/12=34,
мм.
З конструктивних міркувань приймаємо мм.
Рис. 2.4 – Фланець
Висота втулки:
, (2.45)
де - нахил фланця.
мм.
З конструктивних міркувань приймаємо мм.
Еквівалентна товщина втулки фланця
, (2.46)
.
З конструктивних міркувань приймаємо 16мм.
Діаметр болтового кола:
, (2.47)
де - нормативний зазор між гайкою і втулкою, мм;
- діаметр болта, мм.
.
З конструктивних міркувань приймаємо 525мм.
Зовнішній діаметр фланця:
, (2.48)
де а – конструктивна добавка для розташування гайок по діаметру, мм
525+50=575мм.
З конструктивних міркувань приймаємо 580мм.
Зовнішній діаметр прокладки:
, (2.49)
де е – нормативний параметр, що залежить від типа прокладки, мм
525-50=475мм.
Середній діаметр прокладки:
, (2.50)
де: - виконавча ширина прокладки, мм.
=475-35=440мм.
Кількість болтів:
, (2.51)
де - шаг розташування болтів, мм.
, (2.52)
мм.
З конструктивних міркувань приймаємо =100мм.
.
З конструктивних міркувань приймаємо .
Висота фланця:
, (2.53)
мм.
З конструктивних міркувань приймаємо 32мм.
Відстань між опорними поверхнями гайок для фланцевого з’єднання з ущільнюючою поверхнею:
, (2.54)
де - висота прокладки, мм.
мм.
2.4.2 Розрахунок
навантажень, що діють на
Рівнодіюче навантаження, від дії внутрішнього тиску:
, (2.55)
МН.
Реакція прокладки:
, (2.56)
де - коефіцієнт жорсткості фланцевого з’єднання
- ефективна ширина прокладки, мм.
, (2.57)
,
МН.
Зусилля, що виникають від температурних деформацій:
, (2.58)
де , - коефіцієнт лінійного розширення матеріалів фланця і болта, ;
- температура неізольованих фланців, ;
- температура болтів, ;
- модуль пружності матеріалу болта, МПа;
, , - податливість болта, прокладки і фланців, .
Податливість болта визначаємо за формулою:
, (2.59)
де - розрахункова довжина болта, м.
, (2.60)
м,
.
Податливість прокладки визначаємо за формулою:
, (2.61)
.
Податливість фланця визначаємо за формулою:
, (2.62)
, (2.63)
, (2.64)
,
.
, (2.65)
, (2.66)
,
.
, (2.67)
,
МН.
Коефіцієнт жорсткості фланцевого з’єднання
, (2.68)
.
Навантаження на болт в умовах монтажу до подачі внутрішнього тиску:
, (2.69)
,
Приймаємо 0,175МН.
Навантаження на болт в робочих умовах:
; (2.70)
МН.
; (2.71)
0,81МН.
Приведений згинаючий момент:
; (2.72)
.
Приймаємо =0,06МНм.
2.4.3 Перевірка міцності і герметичності з’єднання
Умова міцності болтів:
, (2.73)
=230МПа [5].
умова міцності виконується.
Умова міцності прокладки із пароніту:
, (2.74)
=130МПа [5].
умова міцності виконується.
Максимальне напруження фланця, що обмежується розміром :
, (2.75)
=408мм. при D>20 .
, (2.76)
МН,
МПа.
Максимальне напруження фланця, що обмежується розміром :
, (2.77)
=2,14 при ,
=1,25,
МПа.
Колове напруження у кільці фланця:
, (2.78)
МПа.
Тангенційне напруження від внутрішнього тиску:
, (2.79)
МПа.
Меридіальне напруження від внутрішнього тиску:
, (2.80)
МПа.
Умова міцності для перерізу фланця, що обмежується розміром :
, (2.81)
де - допустиме напруження матеріалу фланця, МПа.
=228МПа [5].
умова міцності виконується.
Умова міцності для перерізу фланця, що обмежується розміром :
, (2.82)
де - допустиме напруження матеріалу фланця, МПа
=320МПа [5].
.
умова міцності виконується.
Умова герметизації визначається кутом повороту фланця:
, (2.83)
де - допустимий кут повороту привареного в стик фланця, рад.
=0,009рад [5].
.
умова міцності виконується.
Висновок
У загальній частині приведений опис устрою теплообмінника, та його основних деталей.
У спеціальній частині виконані розрахунки геометричних розмірів обичайки, днища. Для фланцеві з’єднання були виконані конструктивні розрахунки, та перевірка міцності і герметичності з’єднання.
Література
1. Лащинский А.А. , Толщинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры., М, Машиностроение, 1971г—748с.
2. Касаткин А.Г. Основные
3. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологи М.: Химия,1983г.-271с.
4. Павлов К.Ф., РомашковП.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии, Л.: Химия,1976г.-551с.
5. Анурьев В.И. Справочник