Проектирование производства по получению карбинола метанола (стр. 6 из 17)
Реактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с эллиптическими днищами.
4.2.1. Расчет обечайки
Определим толщину стенки сварной цилиндрической обечайки. Материал обечайки сталь 12 НХ.
σВ= 450∙106Н/м2, σТ = 240∙10бH/м2 [9, табл. 2.5]
Проницаемость материала обечайки в среде меньше 0,1мм/год (с1=1∙10 -3 м,с2=0). Допускаемое напряжение для стали 12 НХ по пределу прочности определим по формуле:
(4.10)nВ= 2,6 [9, табл. 14.4]
 |
η = 1,0 [9, табл. 14.2]
(4.11)nТ= 1,5 [9, табл. 14.4]
 |
Расчётная величина цилиндрической стенки:
(4.12)так как
то величиной p в знаменателе формулы (4.12) пренебрегаем, тогда
(4.13)с=с1+с2+с3 (4.14)
где с3=0,8 [9, табл. 2.15]
с=(1 +0 + 0,8) ·10-3=1,8·10-3м
 |
примем S=100мм
Проверим напряжение в стенке обечайки.
Должно выполняться условие [10, с. 393]:
 |
Условие выполнено.
4.2.2. Расчет днища реактора
Одной из рациональных форм крышки для цилиндрических аппаратов является (с точки зрения восприятия давления) эллиптическая форма.
Расчетная толщина днища S, подверженного внутреннему давлению р, определяется по формуле [6, с. 211]:
(4.15)где hB - высота выпуклой части днища; hB=0,25∙3,6=0,9м
К - безразмерный коэффициент, для днищ без отверстий или при полностью укрепленных отверстиях; К =1,0;
µм - коэффициент прочности радиального сварного шва [9, табл. 15.3]
µм=0,95;
с - прибавка на коррозию, эрозию, минусовый допуск по толщине листа, м (прибавка увеличивается на 1мм при 20mm>S и с>10мм).
Сталь эллиптического днища для обечайки выбираем 12 НХ ГОСТ 5759-57 [9, табл. 2.1]. Допускаемое напряжение для стали 12 НХ по пределу прочности определяем по формуле (4.10).
σв=450∙106 н/м2 , σт=240∙106 н/м2 [9, табл.2.5]
η=1,0 [9, табл.14.2]
 |
nв=2,6 [9, табл.14.4]
Допускаемое напряжение для стали 12 НХ по пределу прочности определяем по формуле (4.11).
 |
nт=1,5 [9, табл.14.4]
Допускаемое напряжение по пределу текучести σд = 160 • 106 Па является расчетным, как наименьшее:
с =(1,8 + 1)·10-3 =2,8)·10-3 м
 |
S=0,069 м
принимаем ближайший размер S=100mm [9, табл. 16.2].
Проверим напряжение в стенке днища. Должно выполняться условие [10, с 393]:
Условие выполнено.
4.2.3. Расчет опорной конструкции
Для аппарата установленного вне помещения на фундаменте выбираем юбочную цилиндрическую опору.
Принимаем толщину стенки опоры S=16mm. Ветровой опрокидывающий момент для аппаратов высотой Н ≤ 20м определится по формуле [9, с. 330]:
MB=0,5∙K1∙K2∙qв∙H2∙Дн (4.16)
где K1- аэродинамический коэффициент обтекания для цилиндрических аппаратов K1=0,7;
К2 - динамический коэффициент К2=1;
qв - удельная ветровая нагрузка qв= 103Па;
Дн - наружный диаметр Дн=3,8м;
Н - высота аппарата Н=10,6м.
Мв=0,5∙0,7∙1∙103∙10,62∙3,8=0,145∙105Н∙м
Изгибающее напряжение в стенке опоры определим по формуле [9, с. 330]:
(4.17)G - максимальная возможная нагрузка на опору от силы тяжести в условиях эксплуатации и гидравлических испытаний, Н;
Д - внутренний диаметр аппарата Д=3,6м;
Мв - ветровой опрокидывающий момент.
G = m∙q (4.18)
man= mо6+ mkp+ mдн=71100 + 13000 + 12800 =96900 кг
mсat= 104000кг
m = 96900 + 104000 = 200900 кг
G = 9,8∙1200900 =1970829 Н
 |
что меньше
σи = 450 • 106 Па - для стали 12 НХ табл. 2.5 [9, с. 25]
Формула [9, с. 333], для проверки толщины стенки на устойчивость:(4.19)
припо графику [9, с. 185] К1=1,8; К2=6,7
(4.20) 
Расчет фундаментных болтов опоры следует производить для пустого аппарата, т.е. наиболее не благоприятный случай для опрокидывания аппарата. Минимальное напряжение смятия фундамента под опорной поверхностью σmin определяется по
формуле [9, с. 332]:
(4.21)G - сила тяжести пустого аппарата, Н;
Д1 - наружный диаметр аппарата, м;
Д2 - внутренний диаметр аппарата, м;
МВ - ветровой опрокидывающий момент, Н·м.
 |
0,71∙105 Па < 0Аппарат неустойчив требуется установка фундаментальных болтов.
Общая условная формула расчёта нагрузки на болты Рδ [9, c.332]:
(4.22)
Болты изготавливаются из стали Ст.3 диаметром М48.
Для болтов М48 Fδ = 1355 ∙10-6 м3 табл. 20.7. [9, с.262]
Число болтов z, рассчитываем по формуле [9, с. 332]:
(4.23)η=1, K=1 табл.20.8 [9, c. 264]
 |
принимаем z= 8 шт.
4.2.4. Расчет штуцеров реактора и подбор фланцев к ним
Необходимо рассчитать штуцера и подобрать фланцы к ним для исходной смеси, для продуктов реакции, для холодного байпаса, для выгрузки катализатора.
Приведем пример расчета штуцера для подачи исходной смеси. Диаметр штуцера находим из уравнения расхода по формуле [11, с. 16]:
(4.24)где V - объемный расход, м3/с;
w - скорость давления среды, м/с.
Принимаем скорость движения парогазовой смеси w=5m/c. Массовые расходы переведем в объемные по формуле:
(4.25)G - массовый расход;
р - плотность смеси (находим по уравнению Менделеева - Клайперона) [11, с. 13]:
(4.26)где М - мольная доля газа, кг/моль;
Т -температура газовой среды (2500C);
р - давление в аппарате 5,3 МПа.
(4.27)где М; - мольная доля i-ro компонента.
Таблица 4 .3
Мольные доли веществ
| Наименование | Приход | Расход | ||
| кмоль/ч, 103 | % | кмоль/ч, 103 | % | |
| Оксид углерода (IV) | 170,02 | 4,49 | 133,20 | 4,14 |
| Оксид углерода | 2099,35 | 40,73 | 1583,06 | 31,56 |
| Водород | 11752,82 | 16,45 | 10493,61 | 15,10 |
| Метан | 530,52 | 5,9 | 519,38 | 5,96 |
| Азот | 1927,88 | 32,43 | 1638,77 | 32,68 |
| Диметиловый эфир | 13,31 | 0,34 | ||
| Карбинол | 498,11 | 9,65 | ||
| Изобутиловый спирт | 2,59 | 0,08 | ||
| Вода | 42,61 | 0,49 | ||
| Итого | 16480,59 | 100 | 14924,64 | 100 |
М=43,99·0,0449+28,0·0,4073+2,02·0,1645+16,05·0,059+28,02·0,3243=25,598 кг/кмоль