Выпарной аппарат

P’ = 0,01 МПа или 0,1 атм, т.к. у нас свободный слив конденсата.

4) Перепад давления на  конденсатоотводчике.

∆P = P – P’ = 0,153 – 0,01 = 0,143 МПа или 1,38 атм.

5)Условная пропускная  способность K∙V_y.

 

=> (43)

 

ρ = 1323 кг/м³ или 1,323 г/см³.

 т/ч

Выбираем конденсатоотводчик типа 45ч12нж с KV = 0,9 т/ч – 4 шт.

Размеры данного конденсатоотводчика: D_y = 25 мм, L = 100 мм, L₁ = 12 мм, H_max = 53 мм, Н₁ = 30 мм, S = 40мм, S₁ = 21 мм, D₀ = 60 мм.

 

 

8.2 Расчёт ёмкостей

 

Необходимо рассчитать две  ёмкости: для начального и упаренного раствора.

Вычислим объём ёмкости  для исходного (начального) раствора.

 

(44)

 

где τ – время, τ = 4 часа; ρ – начальная плотность Na₂SO₄ при 20 °С, ρ = 1071 кг/м³.

 м³

По ГОСТ 9931 – 79 (С. 334 [10]) выбираем ёмкость ГЭЭ, исполнение 2 – горизонтальная с эллиптическим днищем и крышкой. V = 63 м³, D_в = 3000 мм; l = 7920 мм; F_в = 94,1 м².

Рассчитаем ёмкость для  упаренного раствора:

 

(45)

 

 кг/ч

 м³

По ГОСТ 9931 – 79 выбираем ёмкость  ГЭЭ, исполнение 2 – горизонтальная с эллиптическим днищем и крышкой. V = 12,5 м³, D_в = 1800 мм; l = 4315 мм; F_в = 31,4 м².

Ёмкости выбираются из расчёта 4 часа непрерывной работы при отсутствии поступления раствора + 20 % – запас  на переполнение ёмкости.

 

 

9. Механические  расчёты основных узлов и деталей  выпарного аппарата

 

Одним из определяющих параметров при расчётах на прочность узлов  и деталей химических аппаратов, работающих под избыточным давлением, является давление среды в аппарате. Расчёт аппарата на прочность производится для рабочего давления при нормальном протекании технологического процесса.

Другим важным параметром при расчёте на прочность узлов  и деталей является их температура. При температуре среды в аппарате ниже 250 °С расчётная температура  стенки и деталей принимается  равной максимально возможной при  эксплуатации температуре среды.

Расчёту на прочность предшествует выбор конструкционного материала  в зависимости от необходимой  химической стойкости, требуемой прочности, дефицитности и стоимости материала  и других факторов. Прочностные характеристики конструкционного материала при  расчётной температуре определяются допускаемыми напряжениями в узлах  и деталях.

Разрушающее действие среды  на материал учитывается введением  прибавки С_к к номинальной толщине детали:

 

С_к = П ∙ τ_а = 10 ∙ 0,1 = 1 мм (46)

 

где τ_а – амортизационный срок службы аппарата (можно принять τ_а = 10 лет); П – коррозионная проницаемость, мм/год. При отсутствии данных о проницаемости принимают П = 0,1 мм/год.

 

9.1 Расчёт толщины  обечаек

 

Главным составным элементом  корпуса выпарного аппарата является обечайка. В химическом аппаратостроении наиболее распространены цилиндрические обечайки, отличающиеся простотой изготовления, рациональным расходом материала и достаточной прочностью. Цилиндрические обечайки из стали, сплавов из основы цветных металлов и других пластичных материалов при избыточном давлении среды в аппарате до 10 МПа изготовляют вальцовкой листов с последующей сваркой стыков.

Необходимо определить толщину  стенки сварной цилиндрической обечайки корпуса выпарного аппарата, работающего  под внутренним избыточным давлением  Р = 0,6 МПа, при следующих данных: материал обечайки – сталь марки Х18Н10Т, проницаемость П ≤ 0,1 мм/год, запас  на коррозию С_к = 1 мм; среда – насыщенный водяной пар при абсолютном давлении 0,4 МПа и температуре 143,5 °С. Внутренний диаметр обечайки D_в = 1,8 м, отверстия в обечайке укреплённые, сварной шов стыковой двухсторонний (φ_ш = 0,95). Допускаемое напряжение для стали марки 12Х18Н9Т при 150 °С определим по графику: σ_д = 236 МН/м².

Толщина обечайки с учётом запаса на коррозию и округлением  рассчитывается по формуле:

 

(47)

 

где D – наружный или внутренний диаметр обечайки, м; σ_д – допускаемое напряжение на растяжение для материала обечайки, МН/м². Коэффициент φ учитывает ослабление обечайки из-за сварного шва и наличия неукреплённых отверстий. При отсутствии неукреплённых отверстий φ = φ_ш, причём для стальных обечаек принимают φ_ш =0,7 – 1,0, в зависимости от типа сварного шва. Прибавка толщины с учётом коррозии С_к определяется формулой (41), а полученное суммарное значение толщины округляется до ближайшего нормализованного значения добавлением С_окр.

 

 

 м (48)

 

Границей применимости формулы (42) является условие:

 

(49)

 

То есть условие выполняется.

Допускаемое избыточное давление в обечайке можно определить из формулы (42):

 

 МПа [1].

 

9.2 Расчёт толщины  днищ

 

Составными элементами корпусов выпарных аппаратов являются днища, которые обычно изготовляются из того же материала, что и обечайки, и привариваются к ней. Днище  неразъёмно ограничивает корпус вертикального  аппарата снизу и сверху. Форма  днища может быть эллиптической, сферической, конической и плоской. Наиболее рациональной формой днищ для  цилиндрических аппаратов является эллиптическая. Эллиптические днища  изготовляются из листового проката  штамповкой и могут использоваться в аппаратах с избыточным давлением  до 10 МПа толщину стандартных  эллиптических днищ, работающих под  внутренним избыточным давлением Р, рассчитывают по формуле (42), которая  справедлива при условии:

 

(50)

 

Необходимо определить толщину  стенки верхнего стандартного отбортованного эллиптического днища для обечайки выпарного аппарата, рассчитанной выше. Днище сварное (φ_ш = 0,95); в нём имеется центрально расположенное неукреплённое отверстие d_о = 0,2 м. Коэффициент ослабления днища отверстием определяется по формуле:

 

(51)

 

Поскольку φ_о < φ_ш, примем φ = φ_о = 0,889.

Толщина днища равна:

 м

То есть условие выполняется.

Конические днища применяют  в тех случаях, когда это обусловлено  технологическим процессом, исключающим  применение эллиптических или плоских  днищ, например, при необходимости  непрерывного или периодического удаления вязких жидкостей, суспензий, сыпучих  или кусковых материалов через нижний штуцер. Угол конуса при вершине  в днищах обычно принимают равным 60° или 90°.

Расчёт нижнего конического  днища с торроидальным переходом (отбортовкой), нагруженных внутренним избыточным давлением, рассчитывают по формуле:

 

 

(52)

 

Угол α = 45° - половина угла при вершине конуса cosα = 0,71.

 м

Эта формула справедлива  при условии:

 

(53)

 

, , следовательно условие выполняется.

Допускаемое избыточное давление для конических днищ определяется из формулы (46):

 

 МПа [1].

 

9.3 Определение  фланцевых соединений и крышек

 

Среди разъёмных неподвижных  соединений в химическом аппаратостроении наибольшее распространение получили фланцевые соединения. При конструирования  аппаратов следует применять  стандартные и нормализованные  фланцы, например, по ГОСТ 12815 – 67 –  ГОСТ 12839 – 67, ГОСТ 1233 – 67 – ГОСТ 1235 – 67. Конструкция фланцевого соединения принимается в зависимости от рабочих параметров аппарата: при  давлении Р ≤ 2,5 МПа, температуре  t ≤ 300 °С и числе циклов нагружения за время эксплуатации до 2000 применяются плоские приварные фланцы. Во фланцевых соединениях при Р ≤ 2,5 МПа, t ≤ 300 °С применяются болты.