Конструирование и расчет емкостного аппарата вертикального типа с эллиптической фланцевой крышкой и приварным коническим днищем

Федеральное агентство по образованию РФ

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(научно-исследовательский институт)

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

По дисциплине    Конструирование и расчет машин и аппаратов отрасли

_______________________________________________________________________

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема: Конструирование и расчет емкостного аппарата вертикального типа с эллиптической фланцевой крышкой и приварным коническим днищем.

Автор: студент группы  _ОНГ-07-1__   ________________            /____Валеев Р.Р.__/

                                                (шифр группы)             (подпись)                                       (Ф.И.О.)

ОЦЕНКА:              _____________

Дата: ___________________

ПРОВЕРИЛ

Руководитель проекта   __доцент_   ________________                           /_Леонтьев В.С._/

                                                      (должность)                            (подпись)                                                      (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2011

Оглавление

Введение

1. Описание конструкции аппарата

2. Требования, предъявляемые к сварным технологическим аппаратам

3. Выбор материала для изготовления аппарата

4. Прочностной расчет аппарата

Заключение

Список использованной литературы

Приложение 1

Аннотация

Объектом конструирования и расчета в данном курсовом проекте является емкостной аппарат вертикального типа с фланцевой эллиптической крышкой и приварным коническим отбортованным днищем. Целью проекта является обобщение знаний по курсу дисциплины, соединение их воедино.

Пояснительная записка состоит из 30 стр. текста, одной схемы, эскиза аппарата, чертежа общего вида аппарата на листе формата А1, чертежа аппарата в 3D формате на листе формата А3.

The summary

Object of designing and calculation in the given academic year project is capacitor the device of vertical type with elliptic cover and conic bottom. The project purpose is generalization of knowledge at the rate of discipline, their connection together.

The explanatory note consists from 30 p. of the text, one scheme, the sketch of the device, a device general view on sheet of format А1, the device drawing in 3D a format on a sheet A3.

Введение

В данном курсовом проекте мы попытаемся сконструировать и рассчитать аппарат, определенный заданием.

Целью проекта является соединение воедино знаний накопленных в курсе «Конструирование и расчет машин и аппаратов отрасли». Расчет будет произведен по существующим ГОСТам 2007 года.

Значимость навыков по расчет и конструированию является очень большая, так как непосредственно относится к нашей специальности.

План исследования будет следующим: во-первых это предварительное описание аппарата, затем разберем выбор материала для изготовления, а после будет произведен прочностной расчет аппарата. Совместно с произведение расчетов будет происходить черчение аппарата в программной среде КОМПАС 3D.

1. Описание конструкции аппарата

Название аппарата – емкостной вертикального типа с фланцевой эллиптической крышкой и приварным коническим () отбортованным днищем – дает общее представление о нем.

Таким образом, аппарат состоит из цилиндрической корпуса (обечайки), приваренного к ней конического отбортованного днища с тороидальным переходом, а эллиптическая крышка соединяется с обечайкой посредством фланцевого соединения – два стандартных стальных плоских приварных фланца по ГОСТ 28759.2-90 с впадиной и выступом.

В свою очередь задано, что наш аппарат устанавливается на опорах-лапах (3 шт.), приварных к обечайке аппарата с применением подкладных листов. Строповые устройства – ушки (2 шт.), которые расположены на крышке.

Конструкцией предусмотрено восемь стандартных штуцеров для присоединения трубной арматуры, трубопроводов и устройств контрольно-измерительных приборов: штуцер для загрузки продукта, штуцер для слива продукта, штуцер для установки манометра, штуцер для установки термометра, штуцер для установки уровнемера, резервный штуцер, штуцер для установки предохранительного клапана и штуцер для промывки и пропарки аппарата. Все штуцера, кроме штуцера для слива продукта, размещаются на крышке аппарата. Штуцер для слива продукта размещен в днище. Фланцы штуцеров также выбраны стандартными плоскими приварными с соединительным выступом.

Агрегат предназначен для хранения едкого натра концентрацией – 20%.

Отличительным признаком емкостных аппаратов являются все горизонтальные и вертикальные (при соотношении Н/D5) аппараты, в которых могут быть различные специальные внутренние устройства, а также наружные обогревающие или охлаждающие рубашки.

Преобладающий тип соединений в аппарате – сварные соединения. Сварные соединения выполнены стыковыми, с двусторонним сплошным проваром автоматической сваркой.

Конструкция предусматривает возможность внутреннего осмотра, очистки через съемную фланцевую крышку.

2. Требования, предъявляемые к сварным технологическим аппаратам

Современное технологическое производство со специфическими условиями работы оборудования, характеризуемыми часто высокими рабочими параметрами (температурой и давлением), особенно при агрессивности, токсичности и огне- и взрывоопасности перерабатываемой среды и в основном большой производительности, требует создания аппаратов только высокого качества.

Высокое качество аппаратов характеризуется:

       высокой эффективностью, зависящей от эффективности технологического процесса, осуществляемого в аппарате, и его производительности;

       долговечностью (сроком службы не менее 15 лет);

       экономичностью (минимальной стоимостью проектирования, конструкционных материалов, изготовления, а также эксплуатационных расходов);

       надежностью, безопасностью, удобством и простотой обслуживания и эксплуатации, зависящих как от качества конструкции, так и от качества изготовления;

       формой аппарата, удовлетворяющей требованиям технической эстетики (округлая форма, отсутствие острых выступающих частей и т.д.).

Аппарат должен состоять преимущественно из стандартных и унифицированных элементов и узлов, отработанных и проверенных в изготовлении и хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации. Применение фланцевых, резьбовых и других разъемных соединений в аппаратах, если это возможно, следует избегать, поскольку такие соединения по сравнению с неразъемными (сварными) сложнее и дороже в изготовлении и менее надежны в эксплуатации.

3. Выбор материала для изготовления аппарата

Специфические условия работы технологической аппаратуры, характеризуемые диапазоном давлений от глубокого разрежения (вакуума) до избыточных давле­ний порядка 250 МПа и выше, большим интервалом рабочих температур от - 254 до + 1000 ° С и выше при агрессивном воздействии среды, предъявляют высокие требования к выбору конструкционных материалов проектируемой аппаратуры.

Наряду с обычными требованиями высокой корро­зионной стойкости в определенных агрессивных средах к конструкционным материалам, применяемым в техно­логическом аппаратостроении, одновременно предъяв­ляются также требования высокой механической проч­ности, жаростойкости и жаропрочности, сохранения удов­летворительных пластических свойств при высоких и низ­ких температурах, устойчивости при знакопеременных или повторных однозначных нагрузках (циклической прочно­сти), малой склонности к старению и др.

В расчетах на прочность технологической аппара­туры конструктору часто приходится учитывать общую равномерную по поверхности коррозию металлов и сплавов, для чего необходимо знать проницаемость материала в мм/год при заданных рабочих условиях аг­рессивной среды (концентрация, температура, давле­ние). Она учитывается при выборе величины прибавки на коррозию к рассчитанной толщине стенки аппарата. В ряде случаев при конструировании технологической аппаратуры необходимо учитывать также и другие виды коррозионного разрушения материалов. Например, в химических аппаратах, выполненных из кислотостойкой стали и находящихся под постоянным повышенным дав­лением, при совместном действии коррозионной сре­ды и растягивающих напряжений в ряде случаев наб­людается коррозионное растрескивание металла, проис­ходящее обычно внезапно без видимых изменений мате­риала. Это явление не имеет места при наличии в ме­талле напряжений сжатия.

Для технологической аппаратуры химических и нефтехимических производств преимущественно приме­няются конструкционные материалы, стойкие и весьма стойкие в агрессивных средах. Материалы пониженной стойкости применяются в исключительных случаях, ког­да доказана целесообразность использования их вместо стойких, но более дорогих и дефицитных материалов.

При выборе материалов для аппаратов, работаю­щих под давлением при низких и высоких температурах, необходимо учитывать, что механические свойства мате­риалов существенно изменяются в зависимости от температуры. Как правило, прочностные свойства металлов и сплавов повышаются при низких темпера­турах и понижаются при высоких.

При статическом приложении нагрузки важными характеристиками для оценки прочности материала яв­ляются предел текучести т (или условный предел теку­чести 02или п) и предел прочности в. Упругие свой­ства металлов характеризуются значениями модуля уп­ругости Е и коэффициентом Пуассона .

Указанные характеристики являются основными при расчетах на прочность деталей аппаратуры, работа­ющей под давлением при низких (от - 40 до - 254 °С), сред­них (от + 200 до - 40 °С) и высоких (выше + 200 °С) температурах.

Для работы при низких температурах по нормам Госгортехнадзора следует выбирать металлы, у которых порог хладноломкости лежит ниже заданной рабочей тем­пературы. Однако в химической промышленности на протяжении многих лет безаварийно эксплуатируется при рабочих температурах до - 40 °С большое количество аппаратов, трубопроводов, арматуры, насосов и друго­го оборудования, изготовленных из углеродистой стали обыкновенного качества и из серого или ковкого чугуна.

Итак, при конструировании технологи­ческой аппаратуры к конструкционным материалам должны предъявлять следующие требования:

1)                   достаточная общая химическая и коррозионная стойкость материала в агрессивной среде с заданными концентрацией, температурой и давлением, при кото­рых осуществляется технологический процесс, а так­же стойкость против других возможных видов корро­зионного разрушения (межкристаллитная коррозия, электрохимическая коррозия сопряженных металлов в электролитах, коррозия под напряжением и др.);

2)                   достаточная механическая прочность при заданных давлении и температуре технологического процесса, с учетом специфических требований, предъявляемых при испытании аппаратов на проч­ность, герметичность и т. п. и в эксплуатационных ус­ловиях при действии на аппараты различного рода дополнительных нагрузок (ветровая нагрузка, прогиб от собственного веса и т. д.);

3)                   наилучшая способность материала сваривать­ся с обеспечением высоких механических свойств свар­ных соединений и коррозионной стойкости их в агрес­сивной среде, обрабатываться резанием, давлением, подвергаться сгибу и т. п.;

4)                   низкая стоимость материала, недефицитность и освоенность его промышленностью. Необходимо стремиться применять двухслойные стали, неметал­лические материалы, стали с покрытиями из неметал­лических материалов. Номенклатура применяемых материалов как по наименованию, маркам, так и по сортаменту должна быть минимальной с учетом огра­ничений, предусматриваемых ведомственными нор­мами и действующими на заводах-изготовителях ин­струкциями;

5)                   качество, химический состав и механические свойства материалов и полуфабрикатов должны удов­летворять требованиям соответствующих стандартов и ТУ и быть подтверждены сертификатами заводов-пос­тавщиков. При отсутствии сертификатов все необходи­мые испытания должны быть проведены на заводе-из­готовителе аппарата;

6)                   возможность простой утилизации при выработ­ке сроков эксплуатации оборудования, узлов и деталей.

Таким образом, выбираем сталь 08Х21Н6М2Т - сталь жаропрочная высоколегированная, вполне стойкая в среде едкого натра, со скоростью коррозии в ней: выше 0,005 до 0,01 мм/год.