123807 (Проект производства формалина), страница 19

ω – скорость движения продукта, м/с;

ρ – плотность продукта, кг/м³.

Значение скоростей движения продуктов в таблице 20.1 [1, с.100].

Таблица 20.1 – Значение скоростей движения продуктов

Результаты расчета в таблице 20.2.

Таблица 20.2 – Результаты расчета

Диаметры патрубков принимаем согласно ГОСТ 28759.2 – 90.

Основные размеры подобранных фланцев к патрубкам в таблице 20.3.

Таблица 20.3 – Основные размеры подобранных фланцев к патрубкам

Для входа и выхода конденсата используют плоский-приварной фланец, а для входа спирто-воздушной смеси и выхода контактных газов - тип фланцевого соединения ″шип-паз″.

19.4 Расчет толщины стенок обечайки и днища

Толщина стенки обечайки реактора

Исходные данные:

материал – сталь 12Х18Н10Т;

температура – 650^оС;

диаметр – 3,0 м;

расчетное давление – 0,3 МПа;

нормативно допустимое напряжение σ^* = 113 МПа [1, с. 33, таб. 1.4];

толщину обечайки рассчитываем по формуле:

(20.2)

где, φ = 1 – коэффициент прочности сварного шва;

σ_доп – допустимое напряжение, МПа;

σ_доп = (20.3)

η = 1 – поправочный коэффициент [1, с. 31];

σ_доп = 1 113 МПа = 113 МПа.

С – прибавка на компенсацию коррозии, м;

С₁ – дополнительная прибавка на округление размеров, м;

С₁ = 0,62 см.

(20.4)

где, П – коррозионная проницаемость слоев для среды, содержащий формальдегид и метанол, П = 0,2 мм/год;

τ – амортизационный срок службы, τ = 10 лет.

Допускаемое давление:

(20.5)

Формулы применимы для выполнения условия:

(20.6)

Прочность обечайки обеспечена.

Толщина стенки обечайки подконтактного холодильника

Исходные данные:

материал – сталь 09Г2С;

температура – 106,5^оС;

диаметр – 3,0 м;

расчетное давление 0,2 МПа;

нормативно допускаемое напряжение.

σ^* = 151,6 МПа;σ_доп = 1*151,6 = 151,6 МПа.

(20.7)

Условия применимости расчетных формул:

(20.8)

Прочность обечайки обеспечена.

19.5 Расчет толщины днища подконтактного холодильника

(выбираем крышку эллиптической формы):

Исходные данные:

материал – сталь 12Х18Н10Т;

температура – 180^оС;

диаметр – 3,0 м;

расчетное давление – 0,3 МПа;

нормативно допускаемое напряжение σ^* = 113 МПа.

Допускаемое напряжение σ_доп = 1 113 = 133 МПа.

Исполнительную толщину стенки определяем по формуле:

(20.9)

Формулы применимы когда:

(20.10)

(20.11)

Условия прочности обеспечены.

19.6 Условия укрепления отверстий

Расчетный диаметр для эллиптического днища:

(20.12)

D = 3 м = 300 см, S = 100 см.

где, х – расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси эллиптического днища, х = 0.

Расчетный диаметр отверстия в днище:

d_R = d + _. (20.12)

где, d – диаметр штуцера, 0,6 м [1, таб. 77];

S_ст.ш – толщина стенки штуцера;

S_ст.ш. = С₁ +С₂; (20.13)

где, С₁ – прибавка на коррозию, м;

С₂ – минусовой допуск по толщине листа штуцера, м.

S_ст.ш. = 0,002 + 0,008 = 0,01 м;

D_R = 0,6 + 2 0,01 = 0,62 м.

Условия применения формул для днища [ 2, с. 498]:

(20.14)

(20.15)

Условия выполняются, укрепление отверстия не нужно.

19.7 Расчет крышки аппарата

Исходные данные:

материал – сталь 12Х18Н10Т;

нормативное допускаемое напряжение σ_доп = = 113 МПа.

Исполнительная толщина стенки:

(20.16)

(20.17)

Допускаемое давление:

(20.18)

Применимость формул:

(20.19)

(20.20)

Условия прочности обеспечены.

Выбираем тип конструкции крышки:

сварная стальная при Р_доп ≤ 25 кг/см² [77, с. 569, рис. 23.10].

19.8 Расчет трубной решетки подконтактного холодильника

Трубные решетки по конструкции представляют собой эллиптические днища. Такие трубные решетки применяются в кожухотрубчатых аппаратах при оносительно больших диаметров аппарата D = > 1200 мм.

Исходные данные:

материал – сталь 12Х18Н10Т;

количество труб в решетки 2475, d - 38×2;

нормативно допускаемое напряжение σ^* = 113 МПа;

допускаемое напряжение σ_доп = 113 МПа [2, с. 33, таб.1,4];

диаметр обечайки, D_об = 3,0 м;

температура – 650^оС;

Выбираем конструкцию решетки 2 – го типа [2, с. 633, рис. 25,].

Способ закрепления труб в трубных решетках:

выбираем способ гладкой развальцовки.

Расчетная высота снаружи (h₁):

(20.21)

где, К₁ – коэффициент, К₁ = 0,36 [2, с. 637, таб. 25.3];

Расчетная высота решетки а середине (h₂):

(20.22)

где, К₂ = 0,45 [2, стр. 637, таб. 25.3];

φ₀ – коэффициент ослабления решетки отверстиям;

(20.23)

где, z – количество труб в решетки по диаметру.

(20.24)

С прибавками на коррозию:

h₂ = 0,10771 + 0,001 = 0,10871 м.

19.9 Расчет тепловой изоляции реактора

Исходные данные:

Аппарат расположен на отдельной площадке.

температура воздуха – t₆ – 5^оС;

температура поверхности изоляции – 40^оС;

температура рабочей среды – 650^оС;

теплоизоляционный материал – асбест;

коэффициент теплопередачи воздуха – 21 Вт/м²К.

Удельный тепловой поток:

q = ά_в (t_n – t_в) = 21 (40 – 5) = 735 Вт/м². (20.25)

Теплопроводность асбеста при t_ср => t_ср = (650 + 40)/2 = 340^оС:

λ = 0,13 + 0,000186 t_ср; (20.26)

λ = 0,13 + 0,000186 340 = 0,189 Вт/м К [3, ст. 604].

Толщину изоляции находим:

(20.27)

Принимаем толщину изоляции δ_из = 14,4 см.

19.10 Расчет компенсатора подконтактного холодильника

В кожухотрубчатых аппаратах развивается весьма значительные напряжения за счет неодинакового температурного удлинения жесткосоединенных между собой деталей (например, труб, кожуха). Для ликвидации этого аппарат снабжают компенсатором.

Исходные данные:

диаметр обечайки D = 3,0 м;

длина обечайки l = 4 м;

давление в межтрубном пространстве Р_м = 0,222 МПа;

давление в трубном пространстве Р_тр = 0,666 МПа;