Реферат: Расчет ректификационной колонны

где fБ - расчетная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы, fБ=10,9×10-4 м2;

ЕБ - модуль продольной упругости материала болта, ЕБ=1,85×105 МПа.

yБ= 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

a=1. (63)

Найдем безразмерный коэффициент u по формуле

u=A×yБ, (64)

где

A=[yп+yБ+0,25×(yФ1 + yФ2)×(DБ - Dп.ср)2]-1, (65)

при стыковки фланца с плоской крышкой

yф1=[1-w×(1+0,9×l)]×y2/(h13×E), (66)

yФ2=yкр , (67)

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

yф1=[1-0,6×(1+0,9×0,5)]×3,8/(0,0133×1,75×105)=2,27 м/МН,

yф2=0,001,

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

u=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

, (68)

Qд=0,785×0,5252×11=2,38 МН.

Реакция прокладки в рабочих условиях

Rп=2×p×Dп.ср×bE×m×pR , (69)

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

Rп=2×3,14×0,525×1,5×5,5×11=299,2 МН.

Усилия, возникающие от температурных деформаций

Qt=u×zБ×fБ×EБ×(aф×tф - aБ×tБ), (70)

где aф, aБ - коэффициенты температурного линейного расширения фланца и болтов, aБ = 12,36×10-6 1/°C, aф = 17,3×10-6 1/°C;

fБ, tф, tБ - коэффициенты, fБ=5,4×10-4 м2, tф=240, tб=37,5.

Qt=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

PБ1=max{a×Qд+Rп; p×Dп.ср×bE×q}, (71)

где q - параметр, q=125;

a - коэффициент жесткости фланцевого соединения, a=1;

[sБ]20 – допускаемое напряжение при температуре 20 °С, [sБ]20=230 МПа.

РБ1 = max{1×2,38+0,525/2; 3,14×510×1,5×125}=max{2,65;309}=309 МН.

Болтовая нагрузка в рабочих условиях

PБ2=РБ1+(1 - a)×QД+Qt, (72)

PБ2=309+(1-1)×2,38+0,0015=309,0015 МН.

Найдем приведенные изгибающие моменты диаметральном сечении фланца по формулам

M01=0,5×PБ1×(Dб-Dп.с.), (73)

, (74)

М01=0,5×309×(0,69-0,525)=25,5 МН×м,

МН×м.

Принимаем за расчетное МR=26,67 МН×м.

Условия прочности шпилек

, (75)

, (76)

МПа£230 МПа,

МПа£220 МПа.

Условия прочности выполняется.

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

Мкр=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

, (77)

D*=D+s1, (78)

D*=450+34=484

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

s0=y3×s1, (79)

s0=1×49,18=49,18 МПа.

Напряжения в кольце фланца от действия M0 найдем по формуле

, (80)

МПа.

Напряжение во втулки фланца от внутреннего давления найдем по формулам

, (81)

, (82)

МПа

МПа.

Условие прочности фланца

в сечение s1

, (83)

d сечение s0

, (84)

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.

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