Проектирование реакционного химического аппарата

Рассмотрение общего устройства реакционного химического аппарата и выбор конструкционных материалов. Расчет стенки обечайки корпуса, рубашки, днища, отверстий аппарата исходя из условий его эксплуатации. Выбор фланцевого соединения, болтов и опоры.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

химический реакционный аппарат корпус

Введение

1. Устройство аппарата и выбор конструкционных материалов

1.1 Описание устройства и принцип работы аппарата

1.2 Выбор конструктивного исполнения основных элементов аппарата

1.3 Выбор конструкционных материалов

2. Цель расчетов и исходные данные

2.1 Цель расчетов

2.2 Расчетная схема аппарата

2.3 Исходные данные для расчетов

2.4 Определение расчетных параметров

3. Прочностной расчет основных элементов аппарата

3.1 Расчет цилиндрических обечаек

3.1.1 Расчет толщины стенки обечайки корпуса, нагруженной избыточным внутренним давлением

3.1.2 Расчет толщины стенки обечайки корпуса, нагруженного наружным давлением

3.1.3 Расчет обечайки рубашки, нагруженной внутренним давлением

3.2 Расчет днища

3.2.1 Расчет днища корпуса, нагруженного избыточным внутренним давлением

3.2.2 Расчет толщины стенки днища корпуса, нагруженного наружным давлением

3.2.3 Расчет днища рубашки, нагруженной избыточным внутренним давлением

3.3 Расчет и укрепление отверстий

3.4 Выбор фланцевого соединения и расчет его болтов

3.5 Выбор и расчет опоры

Выводы

Список используемой литературы

Введение

Современное химическое производство со специфическими условиями работы оборудования, характеризуемыми часто высокими рабочими параметрами (температурой и давлением) и в основном большой производительностью, требует создания аппаратов высокого качества.

Высокое качество аппаратов характеризуется: высокой эффективностью; долговечностью (сроком службы не менее 15 лет); экономичностью; надежностью; безопасностью; удобством и простотой обслуживания, зависящих как от качества, так и от изготовления.

Задачи курсовой работы:

- систематизация, закрепление и расширение теоретических и практических знаний по этим дисциплинам;

- приобретение практических навыков и развитие самостоятельности в решении инженерно технических задач;

- подготовка студентов к работе над дальнейшими курсовыми и дипломными проектами

1. Устройство аппарата и выбор конструкционных материалов

1.1 Описание устройства и принцип работы аппарата

Реакционным аппаратом называются закрытые сосуды, предназначенные для проведения различных физико-химических процессов. Реактор - аппарат, в котором протекает основной процесс химической технологии; он должен работать эффективно, т.е. обеспечивать определенную глубину и избирательность химического превращения веществ. Реактор должен удовлетворять следующим требованиям: иметь необходимый реакционный объем; обеспечивать заданную производительность и гидродинамический режим движения реагирующих веществ, создавать требуемую поверхность контакта фаз, поддерживать необходимый теплообмен, уровень активности катализатора и т.д.

Конструкцию реакционного аппарата определяет ряд факторов: температура, давление, требуемая интенсивность теплообмена, консистенция обрабатываемых материалов, агрегатное состояние материалов и т.д.

Конструкция смесителя для жидких сред с перемешивающим устройством приведена на рисунке 1. В соответствии с рисунком 1 основными элементами смесителя являются: корпус с рубашкой, крышка, привод со стойкой, вращающаяся мешалка, установленная на валу , сальниковое и торцевое уплотнение, штуцер для отвода продуктов реакции.

На крышке и корпусе аппарата имеются два патрубка для подвода и отвода продуктов. С помощью мешалки происходит перемешивание веществ. Для поддержания определенной температуры внутри реактора, аппарат снабжен рубашкой, на которой имеется два патрубка для подвода греющего агента и отвода конденсата.

2. Выбор конструктивного исполнения основных элементов аппарата

Элементами, подлежащими выбору и конструктивной проработке являются: обечайка (корпус), днище, крышка, рубашка, мешалка, фланцевые соединения, опоры.

Выбор конструктивного исполнения основных элементов аппарата производим в соответствии с использованием [1].

Для стальных цилиндрических обечаек, обечайки которых выполняются из листового проката, применяется ГОСТ 9617-76.

Днище выбираем эллиптической формы с отбортовкой на цилиндр (ГОСТ 6533-78) [стр. 112, рис. 7.1 (а), 1]. Размеры днища корпуса принимаем согласно табл.7.2 стр.116 [1]:

; ; .

Крышки аппаратов могут быть как отъемными, так и цельносварными с аппаратом. Такие цельносварные аппараты обычно снабжены люками, которые стандартизованы. Конструкция люка с крышкой - принимаем со сферической крышкой, исполнение 1 с уплотнением на соединительном выступе [1, стр. 148, рис. 8.4 (б)].

Рубашки предназначены для наружного нагрева или охлаждения обрабатываемых и хранящихся в аппарате жидких продуктов. По конструкции рубашки бывают неразъемные и отъемные. Более простыми и надежными в работе являются неразъемные рубашки. Поэтому принимаем стальную неразъемную рубашку для стального вертикального аппарата типа 1 с эллиптическим днищем и нижнем выпуском продукции стр.164 [1]:

; ; ;.

Обозначение: Рубашка 1-3000-3563-2-О ОСТ 26-01-984-74.

Рубашки с эллиптическими днищами применяются при и , что соответствует заданным условиям в рубашке (,).

В аппаратах для разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения, преимущественно круглой формы. Конструкцию фланцевого соединения применяем в зависимости от рабочих параметров аппарата. При и применяют плоские приварные фланцы [1, стр. 211].

Конструкцию мешалки принимаем турбинную открытую. Турбинные мешалки обеспечивают интенсивное перемешивание во всем рабочем объеме смесителя при перемешивании жидкостей вязкостью до , а также грубых суспензий.

Установка аппаратов на фундаменты или специальные несущие конструкции осуществляется большей частью с помощью опор. Вертикальные аппараты обычно устанавливают на подвесных лапах, когда аппарат размещают между перекрытиями в помещении или на специальных конструкциях [1, стр.274]. Принимаем конструкцию опор - лапы [1, стр. 274, рис.14.1 (а)].

1.3 Выбор конструкционных материалов

При выборе конструкционных материалов необходимо учитывать:

- условия эксплуатации аппарата, т.е. коррозионные и эрозионные свойства среды, температуру и давление среды;

- технологические свойства используемого материала: свариваемость, пластичность и другие;

- технико-экономические соображения

Для корпуса аппарата выбираем сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 [1, стр. 27, табл. 3.2]. Сталь 12Х18Н10Т - это высоколегированная сталь коррозионная аустенитного класса. Данная сталь весьма распространена в химической промышленности и не является дефицитной. Сталь не будет оказывать влияния на жидкую среду, находящуюся в корпусе аппарата.

Согласно условию, в рубашке неагрессивная среда (водяной пар). Учитывая это, для рубашки выбираем углеродистую сталь обыкновенного качества ВСт3сп5 ГОСТ 380-71 [1, стр. 25, табл. 3.2].

Мешалку и вал, которые соприкасаются с рабочей средой, изготавливают из сталей с коррозионной стойкостью не ниже, чем сталь, из которой выполнен корпус аппарата. Выбираем также сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72.

Так как в аппарате нетоксичная и не взрывоопасная среда, а также рабочее давление не превосходит значения , то применяют сальниковые уплотнения.

Материал заготовок или готовые крепежные изделия должны быть термообработаны. Сопрягаемые гайки и болты (шпильки) должны изготавливаться из разных по твердости материалов, при этом предпочтительно более твердыми принимать болты (шпильки). Согласно [1, стр.76, табл.3.19] материалом крепежных деталей выбираем Ст 35 ГОСТ 1050-74 НВ=229 (болты) и НВ=187 (гайки).

Материал прокладок выбираем паронит ГОСТ 480-80.

Прямолинейные и кольцевые стыковые швы аппарата, изготавливаемого из листовой стали, выполняются полуавтоматической сваркой под слоем флюса. Выбираем сварочные материалы, применяемые для полуавтоматической сварки:

1) для высоколегированной стали 12Х18Н10Т [1, стр. 84]:

Марка проволоки 05Х20Н9ФБС ГОСТ 2246-70

Марка флюса АН-26С ГОСТ 9087-69

2) для углеродистой стали ВСт3сп5 [1, стр. 81]:

Марка проволоки СВ-08А ГОСТ 2246-70

Марка флюса ОСЦ-45 ГОСТ 9087-69

3) для высоколегированной стали 12Х18Н10Т с углеродистой ВСт3сп5 [1, стр. 84]:

Марка проволоки 07Х25Н12Г2Т ГОСТ 2246-70

Марка флюса АН-26С ГОСТ 9087-69

При изготовлении и приварке внутренних устройств аппарата, опорных конструкций применяют ручную электродуговую сварку. Выбираем сварочные следующие материал:

1) для штуцеров, выполненных из высоколегированной стали 12Х18Н10Т, с корпусом [1, стр. 84]:

Тип электрода Э08Х20Н9Г2Б ГОСТ 10052-75;

...