3 Розрахунок конденсатовідвідників для третього корпусу випарної установки
Розрахунок багатокорпусної випарної установки
Відповідною умовною пропускною здатністю конденсатовідвідника 45ч12нж є 0,9 т/год, тому встановимо 4 конденсатовідвідники з такою пропускною здатністю.
8.1.3 Розрахунок конденсатовідвідників для третього корпусу випарної установки
Тиск пари, що гріє, у другому корпусі – 0,094 МПа, означає використовуємо поплавковий муфтовий конденсатовідвідник.
1) Розрахункова кількість конденсату після випарного апарату.
G = 1,2 ∙ Gг = 1,2 ∙ 0,43 = 0,52 кг/с або 1,86 т/год.
2) Тиск пари перед конденсатовідвідником.
P = 0,95 ∙ Pг = 0,95 ∙ 0,153 = 0,145 МПа або 1,48 атм.
3) Тиск пари після конденсатовідвідника.
P' = 0,01 МПа чи 0,1 атм, т.к. у нас вільний злив конденсату.
4) Перепад тиску на конденсатовідвіднику.
∆P = P - P' = 0,153 - 0,01 = 0,143 МПа або 1,38 атм.
5) Умовна пропускна здатність K∙Vy.
=> (43)
ρ = 1323 кг/м3 або 1323 г/см3.
т/год
Вибираємо конденсатовідвідник типу 45ч12нж із KV = 0,9 т/год – 4 шт.
Розміри даного конденсатовідвідника: Dy = 25 мм, L = 100 мм, L1 = 12 мм, Hmax = 53 мм, Н1 = 30 мм, S = 40 мм, S1 = 21 мм, D0 = 60 мм.
8.2 Розрахунок ємностей
Необхідно розрахувати дві ємності: для початкового та випареного розчину.
Обчислимо обсяг ємності для вихідного (початкового) розчину.
(44)
де - час, τ = 4 години; ρ – початкова густина Na2SO4 при 20 °С, ρ = 1071 кг/м3.
м3
За ГОСТ 9931 - 79 (С. 334 [10]) вибираємо ємність ГЕЕ, виконання 2 - горизонтальна з еліптичним днищем і кришкою. V = 63 м3, D = 3000 мм; l = 7920 мм; Fв = 94,1 м2.
Розрахуємо ємність для випареного розчину:
(45)
кг/год
м3
За ГОСТ 9931 – 79 вибираємо ємність ГЕЕ, виконання 2 – горизонтальна з еліптичним днищем та кришкою. V = 12,5 м3, D = 1800 мм; l = 4315 мм; Fв = 31,4 м2.
Ємності вибираються з розрахунку 4 години безперервної роботи за відсутності надходження розчину + 20% - запас на переповнення ємності.
9. Механічні розрахунки основних вузлів та деталей випарного апарату
Одним із визначальних параметрів при розрахунках на міцність вузлів та деталей хімічних апаратів, що працюють під надлишковим тиском, є тиск середовища в апараті. Розрахунок апарату на міцність проводиться для робочого тиску при нормальному перебігу технологічного процесу.
Іншим важливим параметром при розрахунку на міцність вузлів та деталей є їхня температура. При температурі середовища в апараті нижче 250 °С розрахункова температура стінки та деталей приймається рівною максимально можливою при експлуатації температури середовища.
Розрахунку на міцність передує вибір конструкційного матеріалу залежно від необхідної хімічної стійкості, необхідної міцності, дефіцитності та вартості матеріалу та інших факторів. Характеристики міцності конструкційного матеріалу при розрахунковій температурі визначаються допустимими напругами у вузлах і деталях.
Руйнівна дія середовища на матеріал враховується введенням збільшення Ск до номінальної товщини деталі:
Ск = П ∙ τа = 10 ∙ 0,1 = 1 мм (46)
де τа - амортизаційний термін служби апарату (можна прийняти τа = 10 років); П – корозійна проникність, мм/рік. За відсутності даних про проникність приймають П = 0,1 мм/рік.
9.1 Розрахунок товщини обічанок
Головним складовим елементом корпусу випарного апарату є обичай. У хімічному апаратобудуванні найбільшепоширені циліндричні обичайки, що відрізняються простотою виготовлення, раціональною витратою матеріалу та достатньою міцністю. Циліндричні обичайки із сталі, сплавів із основи кольорових металів та інших пластичних матеріалів при надмірному тиску середовища в апараті до 10 МПа виготовляють вальцюванням листів з наступним зварюванням стиків.
Необхідно визначити товщину стінки звареної циліндричної обичайки корпусу випарного апарату, що працює під внутрішнім надлишковим тиском Р = 0,6 МПа, за таких даних: матеріал обічайки – сталь марки Х18Н10Т, проникність П ≤ 0,1 мм/рік, запас на корозію Ск = мм; середовище – насичена водяна пара при абсолютному тиску 0,4 МПа та температурі 143,5 °С. Внутрішній діаметр обичайки Dв = 1,8 м, отвори в обічайці укріплені, зварний шов двосторонній стиковий (φш = 0,95). Допустиму напругу для сталі марки 12Х18Н9Т при 150 °С визначимо за графіком: σд = 236 МН/м2.
Товщина обічайки з урахуванням запасу на корозію та заокругленням розраховується за формулою:
(47)
де D - Зовнішній або внутрішній діаметр обичайки, м; σд – напруга, що допускається на розтяг для матеріалу обічайки, МН/м2. Коефіцієнт враховує ослаблення обічайки через зварний шв і наявність неукріплених отворів. За відсутності неукріплених отворів φ = φш, причому для сталевих обечайок приймають φш =0,7 – 1,0, залежно від типу зварного шва. Додаток товщини з урахуванням корозії Ск визначається формулою (41), а отримане сумарне значення товщини округляється до найближчого нормалізованого значення додаванням Сокр.
м (48)
Кордоном застосування формули (42) є умова:
(49)
Тобто, умова виконується.
Допустимий надлишковий тиск в обічайці можна визначити з формули(42):
МПа [1].
9.2 Розрахунок товщини днищ
Складовими елементами корпусів випарних апаратів є днища, які зазвичай виготовляються з того самого матеріалу, що і обичайки, і приварюються до неї. Днище нероз'ємно обмежує корпус вертикального апарату знизу та зверху. Форма днища може бути еліптичною, сферичною, конічною та плоскою. Найбільш раціональною формою днищ для циліндричних апаратів є еліптична. Еліптичні днища виготовляються з листового прокату штампуванням і можуть використовуватися в апаратах із надлишковим тиском до 10 МПа товщину стандартних еліптичних днищ, що працюють під внутрішнім надлишковим тиском Р, розраховують за формулою (42), яка справедлива за умови:
(50)
Необхідно визначити товщину стінки верхнього стандартного відбортованого еліптичного днища для обічайки випарного апарату, розрахованої вище. Дно зварне (φш = 0,95); у ньому є центрально розташований неукріплений отвір dо = 0,2 м. Коефіцієнт ослаблення днища отвором визначається за формулою: