Реферат: Расчет ректификационной колонны

,

.

Условия прочности выполняется

Угол поворота фланца найдем по формуле

,                                           (85)

.

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

s1³s1p+c,                                              (86)

где

,                                  (87)

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

       Dp – расчетный диаметр, Dр=D3=Dб=690 мм;

       j – коэффициент прочности сварного шва, j=1;

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

       p – расчетное давление, p=10 МПа;

       К0 – коэффициент ослабления крышки отверстиями, K0=1.

.

s1³76+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

,                                                 (88)

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

      Dр – расчетный диаметр, Dр=Dб=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

                          GA =  GK + GИЗ + GН.У + GВ.У + GЖ,                                 (89)

где  GK - вес корпуса, кН;

GИЗ - вес изоляции, кН;

GН.У - вес наружных устройств, кН;

GВ.У - вес внутренних устройств, кН;

GЖ - вес жидкости, кН.

GК = åGЦ + åGД,                                             (90)

где  GЦ - вес цилиндрической части корпуса, кН;

GД - вес днища, кН.

GЦ = p×(DВ + s)×s×HЦ×rм×g,                               ( 91)

где  HЦ ¾ высота цилиндрической части корпуса, м;

rм ¾ плотность металла, кг/м3,  rм=7850 кг/м3.

GД=SД×s×rм×g,                                          (92)

где  SД - площадь днища, м2;

sд - толщина днища, м.

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

GД=2,31×0,05×7850×9,81=9,673 кН.

         По формуле (90)

GK=391,424+2×9,673=410,77 кН

Найдем вес изоляции цилиндрической части корпуса

Gиз.ц=p×(DB+2×s+sиз.)×sиз×HЦ×rиз.×g,                               (93)

где sиз. – толщина изоляции, м;

rиз. – плотность изоляции, кг/м3.

,                                         (94)

где  sм.в., sAl - толщина минеральной ваты и фольги, sм.в.=0,08 м, sAl=0,8×10-3 м;

rм.в., rАl - плотность минеральной ваты и фольги, rм.в.=250 кг/м3, rAl=2500 кг/м3.

кг/м3.

Gиз.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

GИЗд=Fд×sиз×rиз×g,                                           (95)

GИЗд=2,31×0,808×272,3×9,81=4,985 кН,

GИЗ=GИЗц+2×GИЗд,                                                  (96)

GИЗ=24,237+2×4,985=34,207 кН.

Вес внутренних устройств определяется по формуле

GВН=nт×Мт×g+Gот,                                        (97)

где  nт - число тарелок, nт=40 шт.;

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

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

GВН = 40×70×9,81+830,9=28,3 кН.

Вес жидкости в рабочих условиях определяется по формуле

GЖ=(p×(DB)2/4)×HЖ×rж×g+Vg×rж×g,                             (98)

где  HЖ - высота слоя жидкости, HЖ=1,95 м;

         rж - плотность жидкости, rж=900 кг/м3;

         Vд - объем днища, Vд=0,45 м3.

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

Найдем вес наружных устройств по формуле

Gн.у.=0,1×GК,                                                    (99)

Gн.у.=0,1×410,77=41,077 кН.

По формуле (89)

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

Найдем вес аппарата при монтаже

GА.М. =  GK + GИЗ + GН.У + GВ.У,                                (100)

GA.М=410,77+34,207+28,3+41,077=514,354 кН

Максимальный вес аппарата определяется по формуле

GAmax = GK+GНУ+GВУ+Gиз.+GВ,                       (101)

где  GВ ¾ вес воды.

GВ=((p×(DB)2/4)×HЦ+2×Vд)×(rводы)20×g,                         (102)

GB = ((3,14×1,22/4)×25,9+2×0,45)×1000×9,81=296,039 кН,

Gmax=410,77+34,207+41,077+28,3+296,039=810,393 кН.

6.2 Выбор опоры

С учетом минимального веса аппарата GА=810,393 кН по ОСТ 26-467-78 выбирается опора 3 типа с кольцевым опорным поясом, показан на рисунке , со следующими основными размерами:

         высота опоры H1=2000 мм;

         наружный диаметр кольца D1=1480 мм;

         диаметр D2=1150 мм;

диаметр Dб=1360 мм;

         толщина стенки опоры s1=10 мм;

толщина стенки опоры s2=20 мм;

толщина стенки опоры s3=20 мм;

         число болтов zб=16 шт.;

диаметр отверстия под болт d2=35 мм;

диаметр болтов dб=М30.

Рисунок 11 – Конструкция цилиндрической опоры 3 типа

7 Расчет на ветровую нагрузку

Цель расчета: определение расчетных усилий для колонны от ветровых нагрузок.

Исходные данные для расчета:

– высота колонны H=30,3 м;

– коэффициент неравномерности сжатия грунта CF=2×108 H/м3;

– скоростной  напор  ветра  0,0005 МН/м2;

– модуль продольной упругости Е=1,75×105 МПа;

7.1 Определение периода собственных колебаний колонны

Колонну разбиваем по высоте на три участка. Расчетная схема показана на рисунке 12. Вес участка аппарата принимают сосредоточенным в его середине. Нагрузку от веса аппарата прикладывают вертикально, а ветровую горизонтально.

Рисунок 12 – Расчетная схема колонны

Период основного тона собственных колебаний аппарата  переменного сечения следует определим по формуле

                        T=2×H  ,                   (103)

         где ai - относительное перемещение центров тяжести участков рассчитываемое по формуле

  ,                               (104)

где bi -  коэффициент, определяемый по формуле

,                               (105)

g - коэффициент, определяемый по формуле

,                     (106)

       D ,  l ,  m  -  определяют по формулам:

,                                  (107)

,                                     (108)

,                                            ( 109)

Момент инерции сечения аппарата найдем по формуле

,                                       (110)

м4;

м4;

м4.

Момент сечения подошвы фундамента

,                                                (111) 

м4.

Проведем расчет по формулам (102)…(108)

,

,

,

.

,

,

,

,

,

7.2 Определение изгибающего момента от ветровой нагрузки

При расчете ветровая нагрузка, распределенная непрерывно по высоте аппарата, заменяется сосредоточенными горизонтальными силами Pi, приложенными в серединах участков, как показано на рисунке 12.

Изгибающий момент в расчетном сечении на высоте  следует определять по формуле

,                                      (112)

где MvJ - ветровой момент от действия ветра на площадки обслуживания, Н×м.

Ветровая нагрузка на i - м участке

,                                        (113)

Статическая составляющая ветровой нагрузки на  i - м участке

                                       ,                                      (114)

Динамическая составляющая ветровой нагрузки на i - м участке

                                                                               (115)

Нормативное значение статической  составляющей  ветровой  нагрузки на середине  i - го участка аппарата

                                         ,                                            (116)

где  q 0  - определяется по ГОСТ Р 51273-99, q0=230 H/м2;

,                                            (117)

для аппаратов круглого сечения  K = 0,7.

Коэффициент динамичности x находится в зависимости от параметра

.                                               (118)

Коэффициент динамичности x определяется по формуле

.                                               (119)

Коэффициент пространственной корреляции пульсации ветра n определяют по формуле

.                                     (120)

           Приведенное относительное ускорение центра тяжести i - го участка

  ,                                    (121)

где   a i ,  a n  - относительное перемещение  i - го и  n - го участка при основном колебании

           Если  X > 10,  то

 ,                                            (122)

           Если  X £ 10,  то  m n = 0,6.

Изгибающий момент в расчетном сечении на высоте    от  действия ветровой нагрузки на обслуживающую площадку следует определять по формуле

                ,              (123)

где  АJ - общая площадь, включенная в контур площадки, м2.

Коэффициент cJ по формуле

                                     (124)

Проведем расчет по формулам (111)…(123).

,

,

,

,

,

m2=0,6,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

м2,

,

,

,

,

,

,

,

,

8  Расчёт корпуса аппарата от совместного действия всех нагрузок [5]

Цель расчёта: Проверка аппарата на прочность и устойчивость в результате совместного действия всех нагрузок

         Исходные данные:

         p – расчётное давление, PR=11 МПа;

         D – внутренний диаметр аппарата, D=1200 мм;

         s – толщина стенки аппарата, S=50 мм;

         c – сумма прибавок к толщине стенки, С=2 мм;

         F – расчётное осевое сжимающее усилие в сечении У-У , F = 0,81 МН ;

         М – расчётный изгибающий момент в сечении У-У , М = 0,206 МН×м ;

         fт  – коэффициент прочности кольцевого сварного шва , fт =1;

         fp – коэффициент прочности продольного сварного шва , fp=1.

Рисунок 13  – Расчётная схема аппарата

8.1  Проверка корпуса аппарата на прочность

8.1.1 Проведем расчет для рабочего условия

Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле

,                 (125)

где F – осевое сжимающие усилие при рабочих условиях, F=0,537 МН;

Рассчитываем продольные напряжения на подветренной стороне по формуле

 ,                   (126)

.

Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле

,                                                 (127)

МПа.

Рассчитываем эквивалентные напряжения на наветренной стороне по формуле

,                                      (128)

 МПа.

Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной  стороне по формуле

  ,                                   ( 129)

.

Проверяем условие прочности по следующим условиям

- на наветренной стороне

   ,                                     (130)

124,04 МПа < 145×1 МПа.

- на подветренной стороне

,                                     (131)

124,31 МПа<145 МПа.

Условие прочности выполняются.

8.1.2 Проведем расчет при условии монтажа

Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле

,                 (132)

где F – осевое сжимающие условие при монтаже, F=0,514 МН;

По ГОСТ Р 51274 – 99 при условии монтажа p=0 МПа.

.

Рассчитываем продольные напряжения на подветренной стороне по формуле

 ,                   (133)

.

Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле

,                                                 (134)

МПа.

Рассчитываем эквивалентные напряжения на наветренной стороне по формуле

,                                      (135)

 МПа.

Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной  стороне по формуле

  ,                                   ( 136)

.

Проверяем условие прочности по следующим условиям

- на наветренной стороне

   ,                                     (137)

0,954 МПа < 145×1 МПа.

- на подветренной стороне

,                                     (138)

6,635 МПа<145 МПа.

Условия прочности выполняются.

8.2   Проверка корпуса аппарата на устойчивость

Проверка устойчивости для рабочего условия и при условии испытания.

Допускаемая сжимающая сила из условия прочности сечения У-У корпуса аппарата определяется по формуле

                                     ,                                     (139)

.

Допускаемая осевая нагрузка из условия местной устойчивости формы определяется по формуле

,                   (140)

MH,

МН.

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости формы определяется по формуле

,                                (141)

где l – гибкость аппарата;

  ,

,

МН,

.

Определяем эквивалентную сжимающую осевую силу по формуле

,                                     ( 142)

.,

.

Определяем допускаемый изгибающий момент из условия прочности

,                                     ( 143)

.

Определяем допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости

,               (144)

.

.

Определяем допускаемый изгибающий момент по формуле

,                                          (145)

.

.

Проверяем аппарат на устойчивость от совместного действия нагрузок по условию

 ,                                        (146)

При условиях испытания

,

Условие выполняется.

При рабочих условиях

Условие устойчивости выполняется, следовательно, аппарат сохраняет прочность и устойчивость под действием совместно действующих нагрузок.

9 Расчет опоры

Цель расчёта: проверка опоры аппарата на прочность и устойчивость.

         Исходные данные:

         p – расчётное давление, PR=0,11 МПа;

         D – внутренний диаметр опоры, D=1200 мм;

         s – толщина стенки обечайки опоры, S=8 мм;

         c – сумма прибавок к толщине стенки, С=2 мм;

         F – расчётное осевое сжимающее усилие в сечениях, F = 0,81 МН ;

         М – расчётный изгибающий момент в сечениях, М=0,206 МН×м ;

         fт  – коэффициент прочности кольцевого сварного шва, fт =1;

         fp – коэффициент прочности продольного сварного шва, fp=1.

1:5

D

                                                                                                              

D2

Рисунок 14 – Расчётная схема цилиндрической опоры

9.1  Проверка обечайки опоры на прочность

9.1.1 Проведем расчет обечайки для рабочего условия

Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле

,                 (147)

где F – осевое сжимающие усилие при рабочих условиях, F=0,537 МН;

Рассчитываем продольные напряжения на подветренной стороне по формуле

 ,                   (148)

.

Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле

,                                                 (149)

МПа.

Рассчитываем эквивалентные напряжения на наветренной стороне по формуле

,                                      (150)

 МПа.

Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной  стороне по формуле

  ,                                   ( 151)

.

Проверяем условие прочности по следующим условиям

- на наветренной стороне

   ,                                     (152)

12,1 МПа < 145×1 МПа.

- на подветренной стороне

,                                     (153)

48,61 МПа<145 МПа.

Условие прочности выполняются.

9.1.2 Проведем расчет обечайки при условии монтажа

Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле

,                 (154)

где F – осевое сжимающие условие при монтаже, F=0,514 МН;

По ГОСТ Р 51274 – 99 при условии монтажа p=0 МПа.

.

Рассчитываем продольные напряжения на подветренной стороне по формуле

 ,                   (155)

.

Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле

,                                                 (156)

МПа.

Рассчитываем эквивалентные напряжения на наветренной стороне по формуле

,                                      (157)

 МПа.

Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной  стороне по формуле

  ,                                   ( 158)

.

Проверяем условие прочности по следующим условиям

- на наветренной стороне

   ,                                     (159)

11,5 МПа < 145×1 МПа.

- на подветренной стороне

,                                     (160)

43,8 МПа<145 МПа.

Условия прочности выполняются.

9.1.3 Проверка прочности сварного шва соединяющего корпус аппарата и опорную обечайку

Проверку прочности проведем по формуле

,                         (161)

где а – катет сварного шва, а=2 мм;

      [s]0 – допускаемое напряжения для материала опоры, [s]0=145 МПа.

,

.

Условие выполняется.

9.1.4 Проверка устойчивости опорной обечайке

Проверку устойчивости в сечение Z-Z проведем по формуле

,                                    ( 162)

где [F] – допускаемое осевое усилие, определяем по ГОСТ 14249, [F]=3,109 МПа;

 [M] – допускаемый изгибающий момент, определяем по ГОСТ 14249, [M]=0,867 МН×м;

j1, j2, j3 – коэффициенты , j1=0,99, j2=0,96, j3=0.

0,51£1

Условие выполняется.

9.2 Расчет Элементов опорного узла

9.2.1 Рассчитаем толщину нижнего опорного кольца s1 по формуле

,                     (163)

где c1 – коэффициент, находится по графику [4], c1=0,85;

b2 – расстояние от обечайки до внешнего края нижнего кольца, b2=125 мм;

[s]A – допускаемое напряжение для материала опоры, [s]A=142 МПа;

b1 – ширина нижнего опорного кольца, b1=330 мм;

Dб – диаметр окружности анкерных болтов, Dб=1360 мм;

s0 – исполнительная толщина обечайки опоры, s0=8 мм.

,

.

Принимаем s1=20 мм.

Библиография

1 ОСТ 26-291-94

2 ГОСТ 14249-89.  Нормы метода расчета на прочность

3 ГОСТ 24755-89. нормы и методы расчета на прочность укреплений отверстий

4 ГОСТ Р 51274-99. Сосуды и аппараты колонного типа, нормы и методы расчёта на прочность. – М.: Издательство стандартов, 1999. – 11 с.