Расчет ректификационной колонны

где Е_ф  модуль продольной упругости материала фланца, E_ф=1,7510⁵ МПа;

h_кр – толщина фланцевой части крышки, h_кр=110 мм

1/(МНм).

Угловую податливость плоской фланцевой крышки найдем по формуле

, (0)

где

, (0)

где _кр – толщина плоской крышки, _кр=235 мм;

h_кр – толщина фланцевой части крышки, h_кр=110 мм.

, (0)

,

,

.

Линейная податливость прокладки

y_п=s_п/(D_п.срb_пE_п), (0)

где Е_п  модуль продольной упругости прокладки, для металлической прокладки y_п=0.

5.2 Расчет болтового соединения

Расчетная длина шпилек

l_Б = l_БО + 0,28d, (0)

где l_БО  длина шпильки между опорными поверхностями головки болта и гайки, l_БО=220 мм.;

d  диаметр отверстия под болт, d=46 мм.

l_Б=220+0,2846=232,88 мм.

Линейная податливость шпилек

y_Б=l_Б/(E_Бf_Бz_Б), (0)

где f_Б  расчетная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы, f_Б=10,910^-4 м²;

Е_Б  модуль продольной упругости материала болта, Е_Б=1,8510⁵ МПа.

y_Б= 232,8810^-3/(1,8510⁵10,910^-4 18)=6,410^-5 м/Н.

Коэффициент жесткости для фланцев с овальными прокладками

=1. (0)

Найдем безразмерный коэффициент  по формуле

=Ay_Б, (0)

где

A=[y_п+y_Б+0,25(y_Ф1 + y_Ф2)(D_Б - D_п.ср)²]^-1, (0)

при стыковки фланца с плоской крышкой

y_ф1=[1-(1+0,9)]₂/(h₁³E), (0)

y_Ф2=y_кр , (0)

По формулам (63)…(67) определяется безразмерный коэффициент

y_ф1=[1-0,6(1+0,90,5)]3,8/(0,013³1,7510⁵)=2,27 м/МН,

y_ф2=0,001,

A=[0+6,410^-5+0,25(2,27+0,001)(0,69-0,525)²]^-1=10,67,

=10,676,410^-5=0,0007.

5.3 Расчет фланцевого соединения работающего под внутренним давлением.

Нагрузка действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления найдем по формуле

, (0)

Q_д=0,7850,525²11=2,38 МН.

Реакция прокладки в рабочих условиях

R_п=2D_п.срb_Emp_R , (0)

где m - коэффициент, по ОСТ 26-426-79 m=5,5

R_п=23,140,5251,55,511=299,2 МН.

Усилия, возникающие от температурных деформаций

Q_t=z_Бf_БE_Б(_фt_ф - _Бt_Б), (0)

где _ф, _Б - коэффициенты температурного линейного расширения фланца и болтов, _Б = 12,3610^-6 1/C, _ф = 17,310^-6 1/C;

f_Б, t_ф, t_Б - коэффициенты, f_Б=5,410^-4 м², t_ф=240, t_б=37,5.

Q_t=0,0007185,410^-41,8510⁵(17,310^-6240-12,3610^-6237,5)=0,0015 МН.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа (до подачи внутреннего давления) при p>0,6 МПа

P_Б1=max{Q_д+R_п; D_п.срb_Eq}, (0)

где q - параметр, q=125;

 - коэффициент жесткости фланцевого соединения, =1;

[_Б]²⁰ – допускаемое напряжение при температуре 20 С, [_Б]²⁰=230 МПа.

Р_Б1 = max{12,38+0,525/2; 3,145101,5125}=max{2,65;309}=309 МН.

Болтовая нагрузка в рабочих условиях

P_Б2=Р_Б1+(1 - )Q_Д+Q_t, (0)

P_Б2=309+(1-1)2,38+0,0015=309,0015 МН.

Найдем приведенные изгибающие моменты диаметральном сечении фланца по формулам

M₀₁=0,5P_Б1(D_б-D_п.с.), (0)

, (0)

М₀₁=0,5309(0,69-0,525)=25,5 МНм,

МНм.

Принимаем за расчетное М_R=26,67 МНм.

Условия прочности шпилек

, (0)

, (0)

МПа230 МПа,

МПа220 МПа.

Условия прочности выполняется.

Критический момент на ключе при затяжки определим из графика [3]

М_кр=2,210³ МНм.

5.3 Расчет приварных встык фланцев и буртов

Максимальное напряжение в сечении s₁ фланца в месте соединения втулки с плоскостью фланца определим по формуле

, (0)

D*=D+s₁, (0)

D*=450+34=484

Максимальное напряжение в сечение s₀ фланца наблюдается в месте соединения втулки с обечайкой

₀=₃₁, (0)

₀=149,18=49,18 МПа.

Напряжения в кольце фланца от действия M₀ найдем по формуле

, (0)

МПа.

Напряжение во втулки фланца от внутреннего давления найдем по формулам

, (0)

, (0)

МПа

МПа.

Условие прочности фланца

в сечение s₁

, (0)

d сечение s₀

, (0)

,

.

Условия прочности выполняется

Угол поворота фланца найдем по формуле

, (0)

.

Условие выполняется.

5.4 Расчет крышки

5.4.1 Расчетная схема для крышки люка показана на рисунке 10.

Рисунок 10 – Расчетная схема для крышки люка

Определим толщину плоской крышки люка по формулам

s₁s_1p+c, (0)

где

, (0)

где К – коэффициент, определяется по таблице [2], К=0,4;

D_p – расчетный диаметр, D_р=D₃=D_б=690 мм;

 – коэффициент прочности сварного шва, =1;

[] – допускаемое напряжение при расчетной температуре, []=145 МПа;

p – расчетное давление, p=10 МПа;

К₀ – коэффициент ослабления крышки отверстиями, K₀=1.

.

s₁76+1=77 мм.

5.4.2 Допускаемое давление на крышку определим по формуле

,

МПа

5.4.1 Область применения расчетных формул

Расчетная схема для крышки люка показана на рисунке 10. Формулы применимы для расчета крышки при условии

, (0)

где s₁ – исполнительная толщина крышки, примем s₁=200 мм;

D_р – расчетный диаметр, D_р=D_б=690 мм.

,

0,1090,11.

Условие соблюдается.

6 Расчет весовых характеристик аппарата

6.1 Расчет веса аппарата

Вес аппарата при рабочих условиях рассчитывается по формуле

G_A = G_K + G_ИЗ + G_Н.У + G_В.У + G_Ж, (0)

где G_K  вес корпуса, кН;

G_ИЗ  вес изоляции, кН;

G_Н.У  вес наружных устройств, кН;

G_В.У  вес внутренних устройств, кН;

G_Ж  вес жидкости, кН.

G_К = G_Ц + G_Д, (0)

где G_Ц  вес цилиндрической части корпуса, кН;

G_Д  вес днища, кН.

G_Ц = (D_В + s)sH_Ц_мg, ( 0)

где H_Ц  высота цилиндрической части корпуса, м;

_м  плотность металла, кг/м³, _м=7850 кг/м³.

G_Д=S_Дs_мg, (0)

где S_Д  площадь днища, м²;

s_д  толщина днища, м.

G_Ц=3,14(1,2 + 0,05)0,0525,978509,81=391,424 кН,

G_Д=2,310,0578509,81=9,673 кН.

По формуле (90)

G_K=391,424+29,673=410,77 кН

Найдем вес изоляции цилиндрической части корпуса

G_из.ц=(D_B+2s+s_из.)s_изH_Ц_из.g, (0)

где s_из. – толщина изоляции, м;

_из. – плотность изоляции, кг/м³.

, (0)

где s_м.в., s_Al  толщина минеральной ваты и фольги, s_м.в.=0,08 м, s_Al=0,810^-3 м;

_м.в., _Аl  плотность минеральной ваты и фольги, _м.в.=250 кг/м³, _Al=2500 кг/м³.

кг/м³.

G_из.ц=3,14(1,2+20,05+0,0808)0,080825,9272,39,81=24,237 кН.

Найдем вес изоляции днищ

G_ИЗд=F_дs_из_изg, (0)

G_ИЗд=2,310,808272,39,81=4,985 кН,

G_ИЗ=G_ИЗц+2G_ИЗд, (0)

G_ИЗ=24,237+24,985=34,207 кН.

Вес внутренних устройств определяется по формуле

G_ВН=n_тМ_тg+G_от, (0)

где n_т  число тарелок, n_т=40 шт.;

М_т  масса тарелки, М_т=70 кг по ОСТ 26-01-1488-83;

G_от – вес сетчатого отбойника, G_от=830,9 Н.

G_ВН = 40709,81+830,9=28,3 кН.

Вес жидкости в рабочих условиях определяется по формуле

G_Ж=((D_B)²/4)H_Ж_жg+V_g_жg, (0)

где H_Ж  высота слоя жидкости, H_Ж=1,95 м;

_ж  плотность жидкости, _ж=900 кг/м³;

V_д  объем днища, V_д=0,45 м³.

G_Ж=(3,141,2²/4)1,959009,81+0,459009,81=23,434 кН.

Найдем вес наружных устройств по формуле

G_н.у.=0,1G_К, (0)

G_н.у.=0,1410,77=41,077 кН.

По формуле (89)

G_A=410,77+34,207+28,3+23,434+41,077=537,788 кН.

Найдем вес аппарата при монтаже

G_А.М. = G_K + G_ИЗ + G_Н.У + G_В.У,