Основы проектирования и оборудованиеmain.isuct.ru › files › publ › PUBL_ALL › 109.pdf · 2007-11-02 · ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Федеральное агентство по образованию

Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ивановский государственный химико-технологический университет

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ

Методические указания и контрольные задания

для студентов заочного факультета

специальности 240301

«Химическая технология неорганических веществ и материалов»

Составитель В.Ю. Прокофьев

Иваново 2006

2

Составитель В.Ю. Прокофьев

УДК 66.02.001.63 (7)

Основы проектирования и оборудование: Методические указания и контрольные

задания для студентов заочного факультета специальности 240301 «Химическая

технология неорганических веществ и материалов» / ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-

т. Сост. В.Ю. Прокофьев; Иваново, 2006. 44 с.

В методических указаниях представлена программа курса, даны контрольные

задания и необходимая литература, а также рекомендации с основными формулами и

справочными данными для выполнения расчетной части контрольных заданий.

Предназначены для студентов специальности 240301 «Химическая технология

неорганических веществ и материалов», обучающихся на заочном факультете.

Табл. 3. Ил. 2. Библиогр.: 12 назв.

Рецензент кандидат технических наук В.Н. Исаев (ГОУ ВПО Ивановский государствен-

ный химико-технологический университет)

3

ВВЕДЕНИЕ

Значительные объемы выпуска многих видов химической продукции

обуславливают высокие требования к технологии их получения

(совершенство технологии, автоматизация и механизация, использование

оборудования большой единичной мощности). Особые требования

предъявляются к крупному оборудованию, т.к. резервировать его невыгодно,

а простои приводят к большим экономическим потерям. Надежность

оборудования зависит от многих факторов, в частности, от правильного

выбора материала и конструкции отдельных узлов и агрегатов с учетом

рабочей среды, давления, температуры и т.п.

Оборудование включает машины, аппараты, транспортные устройства,

необходимые для осуществления технологического процесса.

Технология производства и его аппаратурное оформление

взаимосвязаны, и каждому способу производства соответствует

определенный набор машин и аппаратов.

Технолог должен знать принцип действия и устройство оборудования,

его достоинства и недостатки, уметь грамотно выбирать машины и аппараты

для заданного процесса, уметь рассчитывать производительность для

данного режима работы и выполнять проверочные расчеты наиболее

ответственных узлов и деталей. Поскольку устойчивость работы

технологической линии во многом зависит от качества проектирования, то

технолог также должен знать основы проектирования.

Дисциплина «Основы проектирования и оборудование» обобщает и

систематизирует данные по принципам подбора типа и конструкции

аппаратов и машин. Дисциплина базируется на курсах процессов и

аппаратов, теории технологических процессов, механики, тесно связана с

курсами общей химической технологии и технологии данного производства.

4

ПРОГРАММА

по курсу «ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ»

ЦЕЛЬ ДИСЦИПЛИНЫ: Курс «Основы проектирования и

оборудование» входит в цикл специализации при завершении подготовки

инженера химика-технолога. Целью курса является овладение инженером-

технологом основами проектирования производств неорганических веществ,

которое вкдючает знание о конструкционных материалах, применяемых для

изготовления оборудования отрасли, принципах расчета и подбора

оборудования, основ эксплуатации аппаратов и устройства специфического

оборудования.

Требования к знаниям и умениям по завершению изучения дисциплины

Студент должен:

а) иметь представление: о структуре отрасли ТНВ и номенклатуре

основных продуктов, о сырьевой базе промышленности неорганических

веществ, свойствах и показателях качества исходных продуктов; знать и

уметь использовать химические свойства основных неорганических веществ

и методы их синтеза, способы выделения основных и побочных продуктов

неорганических реакций, механизм основных неорганических реакций и их

общие кинетические закономерности, методы построения кинетических

моделей неорганических реакций на основе их предполагаемого механизма,

основные типы и конструкции реакторов для проведения неорганических

реакций, методы построения математических моделей идеальных и реальных

химических реакторов по кинетическим и физико-химическим

характеристикам компонентов реакционной массы, общие принципы

составления математических моделей процессов разделения

5

многокомпонентных смесей, системы автоматизированного проектирования

технологических процессов неорганического синтеза и отдельных узлов

технологической схемы, технологию и общие принципы осуществления

наиболее распространенных химических процессов неорганического

синтеза;

б) знать и уметь использовать: способы и приемы изображения

предметов на плоскости, основные положения ЕСКД, методы механики

применительно к расчетам различных процессов, методы проверочных

прочностных расчетов элементов оборудования, методы составления и

расчета простых электрических цепей, принципы построения электрических

схем оборудования и производственных помещений, принципы подбора

применительно к конкретному технологическому процессу соответствующих

электронных приборов, принципы подбора и правила эксплуатации

электрооборудования для осуществления технологического процесса,

основные методы разделения смесей, организационно-экономические

основы деятельности предприятий;

в) владеть методами:

— термодинамического анализа промышленных, теплоиспользующих и

теплосиловых установок;

— определения гидродинамических характеристик и гидродинамической

структуры потоков;

— составления материальных и тепловых балансов химических аппаратов и

установок;

— кинетического анализа и моделирования химических реакторов,

принципами выбора насосов, газодувок и компрессоров для осуществления

процессов химической технологии;

— расчета и выбора аппаратуры для разделения газовых и жидких

неоднородных смесей;

6

— расчета тепловых, массообменных и реакционных аппаратов и

определения их основных размеров;

— выбора и расчета аппаратуры для очистки до необходимого уровня

сточных вод и газовых выбросов предприятий химической отрасли;

г) иметь опыт: проведения качественного и количественного анализа

неорганических веществ, проведения кинетического исследования и

построения кинетических моделей неорганических реакций по

экспериментальным данным, определения параметров математических

моделей реакторов по экспериментальным данным, проведения анализа

селективности процесса и удельной производительности реакционного узла

в зависимости от его типа и значений параметров процесса, построения и

оптимизации технологической схемы, эксергетического анализа и

термоэкономической оптимизации технологической схемы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

РАЗДЕЛЫ ПРОГРАММЫ

Введение, цели и задачи, общее содержание курса, его связь с другими

дисциплинами. Оборудование производств неорганических веществ.

Основные тенденции развития химического машиностроения и химической

промышленности.

1. Основы проектирования и организация проектных работ

Специфика проектирования для предприятий производства

неорганических продуктов, цели и задачи проектирования; технико-

экономическое обоснование проектируемого объекта; этапы и стадии

проектирования; состав рабочей документации; отраслевые проектные

7

организации, их структура; основные пути совершенствования проектных

работ, использование методов моделирования и оптимизации химико-

технологических систем с применением вычислительной техники; системы

автоматического проектирования объектов неорганической технологии

(САПР)

2. Конструкционные материалы для изготовления химического

оборудования

Коррозия металлов и сплавов. Способы защиты металлов от коррозии.

Углеродистые стали, общая характеристика и маркировка, основные

компоненты, устойчивые формы твердых растворов, механические и

антикоррозионные свойства черных металлов. Чугуны, общая

характеристика и маркировка, легированные чугуны, области применения.

Качественные конструкционные углеродистые стали. Низколегированные

стали, маркировка, области применения в химическом машиностроении.

Высоколегированные стали, маркировка, области применения. Понятие о

жаропрочности и жаростойкости. Двухслойные стали. Цветные металлы и

сплавы. Медь и сплавы на основе меди, бронзы, латуни. Основные области

применения. Сплавы алюминия.

Природные кислотоупоры. Плавленые материалы: камни, стекла,

эмали и др. Керамика: кислотоупорная. Химический состав неметаллических

материалов неорганического происхождения, применяемых для химического

машиностроения. Области применения в химическом машиностроении.

Неметаллические материалы органического происхождения. Области

термической устойчивости, механические и антикоррозионные свойства.

Материалы на основе графита. Использование резины и каучуков в

химическом машиностроении.

8

Замена цветных металлов и сплавов на неметаллические материалы.

Прокладочные и набивочные материалы. Огнеупорные и

теплоизоляционные материалы, термостойкие и высокотемпературные

цементы.

3. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры

Требования, предъявляемые к конструированию химической

аппаратуры. Особенности конструирования и изготовления аппаратов,

работающих под давлением. Стандартизация и унификация в химическом

машиностроении. Тонкостенные сосуды и аппараты. Понятия о категориях

прочности, допускаемых напряжениях и коэффициентах запаса прочности,

коэффициент прочности сварного шва и прибавка на коррозию. Расчетные и

рабочие температура и давление. Гидравлические и пневматические

испытания аппаратов. Расчет сосудов и аппаратов по ГОСТ 14249-80.

Методы расчета на прочность колонных аппаратов, работающих под

действием внутреннего и наружного избыточного давления (ГОСТ 24757-

81). Понятие о моментной теории расчета. Толстостенные сосуды и

аппараты. Методы изготовления, технико-экономическая оценка различных

типов. Расчет толстостенных сосудов и аппаратов. Уплотнения и затворы

сосудов высокого давления. Днища и крышки, область применения и расчет

толщины крышки. Конструкция и способ присоединения фланцев. Опоры

аппаратов. Расчет теплоизоляции.

4. Подбор стандартного оборудования для транспортировки материальных

потоков и хранения сырья, полупродуктов и продуктов производства

Растворители и кристаллизаторы, классификация и области

применения. Теплообменное оборудование, применяемое в химической

промышленности. Теплообменники и нагревательные устройства аппаратов,

9

классификация и области применения. Реакторы с перемешивающими

устройствами, классификация, типы мешалок. Подбор и расчет

перемешивающих устройств. Трубопроводы и трубопроводная арматура,

назначение и классификация. Выбор труб, расчет диаметра. Определение

температурных деформаций, компенсаторы. Оборудование погрузки и

выгрузки пылевидного и кускового природного сырья. Оборудование для

измельчения и перемещения горно-химического сырья. Организация

измельчения. Дробилки, мельницы, классификаторы, элеваторы,

транспортеры, расходные бункеры, питали. Подбор оборудования при

проектировании с учетом механико-химических свойств сырья и

производительности. Устройства для предотвращения зависания твердого

сырья или полупродуктов в бункерах. Оборудование для разделения

жидкофазных систем (фильтры, центрифуги и т.д.) Оборудование для

хранения газов: газгольдеры. Оборудование для хранения жидкостей:

резервуары, цистерны. Хранилища твердых материалов.

5. Специфическое оборудование производств неорганических веществ

Аппараты для проведения каталитических процессов в газовой фазе.

Конструкции колонн, работающих под высоким давлением, в производствах

аммиака, метанола. Специальное оборудование для массообменных

процессов. Насадочные колонны, конструкции оросителей и устройств для

перераспределения потоков. Типы массообменных элементов (колпачковые,

ситчатые и т.д.). Конструкции абсорбционных колонн в производствах

серной и азотной кислот. Печи для сжигания колчедана, серы, фосфора и т.д.

Печи для высокотемпературного обжига. Оборудование для сушки.

Смесители и суперфосфатные камеры. Нейтрализационные аппараты.

Грануляторы.

10

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Обязательная

1. Хуснутдинов В.А., Сайфуллин Р.С., Хабибуллин И.Г. Оборудование

производств неорганических веществ. — Л.: Химия, 1987. — 248 с.

2. Генкин А.Э. Оборудование химических заводов. — М.: Высш. шк., 1978. –

272 с.

3. Тетеревков А.И., Печковский В.В. Оборудование заводов неорганических

веществ и основы проектирования. — Мн.: Выща школа, 1981. — 335 с.

4. Косинцев В.И. и др. Основы проектирования химических производств. —

М.: Академкнига, 2005. — 308 с.

Дополнительная

1. Тетеревков А.И., Печковский В.В., Новосельская Л.В. Оборудование

заводов неорганических веществ. — Мн.: Выща школа, 1984. — 196 с.

2. Лаптев М.Я., Серов А.Н. Специфическое оборудование заводов

неорганических веществ. — Л.: СЗПИ, 1978. — 68 с.

3. Криворот А.С. Конструкция и основы проектирования машин и аппаратов

химической промышленности. — М.: Машиностроение, 1976.

4. Ульянин Е.А. Коррозионностойкие стали и сплавы: Справочник. — М.:

Металлургия, 1980. — 208 с.

5. Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок. — М.:

Высш. шк., 1976.

6. Макаров Ю.И., Генкин А.Э. Технологическое оборудование химических и

нефтеперерабатывающих заводов. — М.: Машиностроение, 1969.

7. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. —

М.: Химия, 1971.

8. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу

процессов и аппаратов химической технологии.—Л.: Химия,1987.— 576 с.

11

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

1. Порядок расчета оборудования

Оборудование должно отвечать ряду технологических и

конструктивных требований. Для выполнения этих требований расчеты

оборудования проводят в определенной последовательности.

Технологический расчет. Цель данного расчета — определение

размеров аппарата или числа аппаратов при заданных размерах. Расчет

проводят на основании составления материального баланса с учетом степени

превращения, селективности, потерь сырья и продуктов. Основные размеры

аппарата объем или поверхность массо- или теплообмена вычисляют на

основании законов кинетики данного процесса и норм технологического

режима.

Основные величины, определяющие размер аппарата емкостного типа

— это необходимое время пребывания (с), объемная производительность

(м3/с) и число аппаратов (n):

pV V n= τ , (1.1)

где pV – рабочий объем аппарата, м3.

Аппараты для жидкофазных процессов (реакторы, растворители,

выпарные аппараты и т.д.) не могут быть заполнены полностью. Поэтому

при их расчете следует учитывать степень заполнения реакционной смесью.

Отношения объема реакционной смеси к полному объему аппарата называют

коэффициентом заполнения:

p aV Vϕ = , (1.2)

где aV – объем аппарата, м3.

Величина ϕ зависит от типа и конструкции аппарата:

а) простые без внутренних устройств (мерники, сборники, хранилища)

ϕ =0,85...0,9;

12

б) с мешалкой (реакторы, растворители, кристаллизаторы) ϕ =0,75...0,8;

в) аппараты, в которых протекают процессы с большим пенообразованием,

ϕ =0,4...0,6.

При расчете аппаратов могут возникнуть ошибки вследствие

неточности расчета, недостаточного знания кинетики процесса или свойств

материала. Для компенсации этого вводится коэффициент запаса

производительности (α ). Величина α зависит от типа и конструкции

аппарата:

а) простые без движущихся частей α =1,0...1,05;

б) с внутренними устройствами без вращающихся частей и работающие при

низких и средних температурах без давления α =1,1...1,15;

в) с быстровращающимися деталями и работающие при высоких

температурах и давлении α =1,15...1,20.

С учетом введенных коэффициентов получим уравнение для расчета

объема аппаратов:

aV V nα

= τϕ

. (1.3)

Тепловой расчет. Цель расчета определить поверхность

теплопередачи, расхода энергии и теплоносителя, потерь в окружающую

среду. Выполняется на основании составления теплового баланса. Кроме

того, необходим расчет тепловой изоляции, т.к. температура наружной

стенки аппарата по нормам техники безопасности не должна превышать

50 оС.

Гидравлический расчет. Цель расчета — определение сопротивления

аппарата проходу газа или жидкости при принятых размерах, конструкции

аппарата с учетом числа и расположения патрубков и штуцеров.

Энергетический расчет. Необходим для определения мощности

привода перемещающих и перемешивающих устройств.

13

Способы технологического, теплового, гидравлического и

энергетического расчетов более подробно рассматриваются в курсах

«Процессы и аппараты химических производств», «Общая химическая

технология», а также в курсах специальных дисциплин.

Механический расчет. Проверочный расчет для наиболее

ответственных узлов и деталей, работающих в наиболее тяжелых условиях.

Как правило, выполняют механические расчеты на прочность обечаек, днищ

и крышек аппаратов под давлением, трубных решеток и труб

теплообменников, валов и лопастей мешалок, уплотнений аппаратов

высокого давления.

2. Выбор исходных данных для расчета аппаратов на прочность

Прочность, безопасность, долговечность любого аппарата

определяются механическим расчетом. Исходными данными является

допускаемое напряжение [ ]σ при заданной температуре и расчетном

давлении. Допускаемое напряжение — это то напряжение, при котором

обеспечивается механическая прочность аппарата с расчетным запасом и

минимальным расходом конструкционного материала. Допускаемые

напряжения определяют по формуле:

[ ] *σ = σ η , (2.1)

где *σ – нормативное допускаемое напряжение, МПа; η – коэффициент,

учитывающий условия эксплуатации.

При расчетах аппаратов на устойчивость формы используют модуль

упругости Е, характеризующий жесткость материала, его устойчивость к

деформации.

14

Таблица 2.1

Нормативные допускаемые напряжения ( *σ , МПа) и модули упругости

(Е, МПа)

Ст 3 10 20, 20К

09Г2С, 16ГС

12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2

Т

15Х25Т Расчет-ная

темпера-тура стенки,

°С

σ* Е.10–5 σ* σ* σ* σ* Е.10–5 σ* Е.10–5

20 140 1,99 130 147 170 160 2,00 — 2,04 100 134 1,91 125 142 160 152 2,00 — 2,00 150 131 1,86 122 139 154 146 1,99 — — 200 126 1,81 118 136 148 140 1,97 — 1,97 250 120 1,76 112 132 145 136 1,94 — — 300 108 1,71 100 119 134 130 1,91 — 1,89 350 98 1,64 88 106 123 126 1,86 — — 375 93 — 82 96 116 124 — — — 400 85 1,55 74 92 110 121 1,81 — 1,76 410 87 — 70 86 104 120 — — — 420 75 — 66 80 92 120 — — — 430 71 — 62 75 86 119 — — — 440 — — 56 67 75 118 — — — 450 — 1,40 51 61 71 117 1,75 — — 500 — — — — — 113 1,68 — 1,64 550 — — — — — 101 1,61 — — 600 — — — — — 74 1,53 — 1,40 700 — — — — — 30 — 77 1,24 800 — — — — — — — 26 1,16 900 — — — — — — — 19 1,09

1000 — — — — — — — 11 — 1100 — — — — — — — 8 —

15

Таблица 2.2

Значения коэффициентов η (ОСТ 26-01-102—70)

Категория опасности химических продуктов

Предел допускаемой концентрации по санитар-ным нормам,

мг/м3

Нижний предел взрываемости,

%

Минимальная температура самовоспла-менения, оС

Поправочный коэффициент,

η

I 5 1 175 0.85 II 5...50 1...5 175...300 0.90 III 51...1000 6...10 301...450 0.95 IV 1000 10 450 1.00

Современная химическая аппаратура изготовляется из отдельных

элементов, соединенных сваркой. Поэтому при расчете аппаратов

необходимо учитывать прочность сварного шва. Для этого вводят

коэффициент прочности сварного шва ϕ , который характеризует отношение

прочности сварного шва к прочности материала. Значение коэффициента

зависит от конструкции шва.

Прочность всех материалов с повышением температуры уменьшается,

поэтому при расчете аппаратов необходимо учитывать этот фактор.

Расчетная температура зависит от температуры окружающей среды, методов

обогрева и охлаждения. Чаще всего температуру стенки аппарата принимают

равной температуре среды, соприкасающейся со стенкой (tст=tср). Если

стенка аппарата покрыта изоляцией или футеровкой, то температуру стенки

принимают равной температуре поверхности изоляции, соприкасающейся со

стенкой, увеличенной на 20 оС (tст=tизол+20). При обогреве аппарата

открытым пламенем или электрообогревателями, горячими газами с

температурой выше 250 оС, температуру стенки принимают равной

температуре соприкасающейся среды, увеличенной на 50 оС (tст=tср+50).

16

Таблица 2.3

Значения коэффициентов прочности сварного шва (ОСТ 26-291—71)

Конструкция шва Способ сварки ϕ

Автоматическая

дуговая двусторонняя

1,00

Автоматическая

дуговая односторонняя

0,95

Ручная дуговая 0,90

Ручная дуговая 0,80

При расчете аппаратов на прочность исходными величинами являются

рабочее давление (Рс) и расчетное давление (Рр, МПа). Под рабочим

давлением понимается то давление, которое имеется в аппарате при

нормальном или форсированном режиме работы. Давление, принимаемое

при расчетах, называется расчетным давлением. Чаще всего его принимают

равным рабочему. Если аппарат работает под наливом, то необходимо

учитывать гидростатическое давление столба жидкости. В этом случае

расчетное давление (МПа) вычисляют как 6

P C бP P g H 10−= + ρ . (2.2)

При расчетах аппаратов на прочность необходимо иметь в виду такие

важные факторы, как коррозионное влияние рабочей среды. Величину

прибавки на коррозию (с) рассчитывают, исходя из срока службы аппарата

(10...12 лет) умноженного на скорость коррозии или проницаемость. Как

правило для химического оборудования выбирают стали с проницаемостью

0,1 мм/год. При более интенсивной коррозии конструкционный материал

17

защищают футеровкой. Если стенка аппарата или какой-то элемент

подвергается коррозионному воздействию с двух сторон, то делается

двойная прибавка на коррозию.

3. Элементы аппаратов и их расчет

В зависимости от рабочего давления аппараты разделяют на аппараты

низкого давления (до 10 МПа), аппараты высокого давления (от 10 до 100

МПа) и аппараты сверхвысокого давления (выше 100 МПа).

3.1. Расчет элементов аппаратов низкого давления

При расчете элементов аппаратов низкого давления (тонкостенных)

считают, что толщина стенки пренебрежимо мала по сравнению с

диаметром, и учитывают только кольцевые и меридиональные напряжения.

Толщину стенки цилиндрических обечаек, работающих под

внутренним давлением, с учетом прибавки на коррозию можно

рассчитывать по формуле:

[ ]еPDS c

2 P= +

σ ϕ −, (3.1)

где DВ – внутренний диаметр цилиндра, м; Па.

Расчет цилиндрических аппаратов, нагруженных наружным

давлением. Под наружным давлением находятся вакуумные аппараты,

корпуса с рубашками и различные внутренние устройства (греющие камеры

выпарных установок и др.). Для аппаратов, находящихся под внешним

давлением, одного расчета на прочность недостаточно. Необходимо

проверить также устойчивость оболочки.

18

По отношению к расчету на устойчивость оболочки условно разделяют

на длинные и короткие. Если длина оболочки значительна (более 5...7

диаметров), то оболочку рассчитывают как длинную. Если расстояние между

крышками или кольцами жесткости невелико, то укрепляющее действие

крышек или колец жесткости необходимо учитывать и оболочку

рассчитывать как короткую. Расчетной длиной оболочки считают расстояние

между ее концами, а при наличии колец жесткости, — наибольшее

расстояние между ними.

Уравнение для расчета длинной оболочки:

е 36

D PS 1.06 c100 10 E−= + , (3.2)

область применения которого 66еL D 7.68 10 E P−> , где L – расчетная длина

оболочки. Если имеет место условие 6

646

е

P L 10 E0,052 7.8610 E D P

−

− ≤ ≤ , то

оболочку рассчитывают как короткую: 0.4

е6

е

D P LS 0.47 c100 10 E D−

= +

. (3.3)

Так как толщина стенки значительно уменьшается при уменьшении

расчетной длины оболочки, то одним из способов облегчения обечайки

нагруженной наружным давлением, является установка колец жесткости.

Когда расстояние между кольцами больше половины диаметра

необходимый момент инерции сечения кольца:

( )3

3ер

l PDJ 1.18 S c12 E

= − −

, (3.4)

где l – расстояние между кольцами жесткости, мм.

Эффективный момент инерции поперечного сечения кольца жесткости

( ) ( )3 22 э™ c

э™ 0 љ cl S c lJ J F l l 1 12

10.92 S c − = + − + + −

, (3.5)

19

где 0J ah 12= – момент инерции сечения кольца жесткости относительно

собственной оси X1—X1 (рис. 3.1), проходящей через центр тяжести; F=ah –

площадь поперечного сечения кольца; љl h 2 S 2 c= + − – расстояние от оси

центра тяжести поперечного сечения кольца жесткости до середины стенки

обечайки; ( )c э™l l S 2a h S 2 c= − + + – расстояние от оси, лежащей на

середине стенки обечайки, до центра тяжести поперечного сечения,

включающего на себя кольцо жесткости и часть стенки обечайки длиной

( )э™l a 1.1 D S c= + − – эффективная длина обечайки, включаемая в

расчетное сечение кольца жесткости; a – ширина поперечного сечения

кольца жесткости, находящаяся в контакте с поверхностью стенки обечайки.

Эффективный момент инерции должен быть больше требуемого.

Расчет днищ и крышек, работающих под внутренним давлением.

По форме различают днища полушаровые, эллиптические, конические,

сферические неотбортованные.

h

l ц

a

X 1X 1

XX

l c

S

lэф

Рис. 3.1. К расчету обечаек с кольцами жесткости

Эллиптические днища (ГОСТ 6533—68) широко применяют в

аппаратах, работающих под внутренним и внешним давлением. Толщину

стенки днища с учетом прибавки на коррозию вычисляют по формуле:

20

[ ]BPRS c

2 0.5P= +

σ ϕ −. (3.6)

Здесь 2е BR D 4H= – радиус кривизны в вершине днища, м; Н – внутренняя

высота днища в его вершине, м.

Конические днища и переходы (ГОСТ 12619—67) используют в

случаях вязких и сыпучих сред и при переходе от большого диаметра к

меньшему. Толщину стенки конического элемента определяют по формуле:

[ ]( )BPDS c

2 P cos= +

σ ϕ − α, (3.7)

где α – угол между осью и образующей конуса.

Сферические днища (ОСТ 26-01-1297—75) применяют в аппаратах с

диаметром DВ > 4 м; толщину стенки рассчитывают по формуле:

[ ]PRS c

2 0.5P= +

σ ϕ −. (3.8)

Плоские днища и крышки (рис. 3.2; ГОСТ 12625—67; 12626—67)

используют в качестве люков, заглушек на вертикальных аппаратах.

Толщину стенки определяют по формуле:

[ ]B0

K PS D cK

= +σ

, (3.9)

где К – конструктивный коэффициент, зависящий от типа днища (рис. 3.2);

К0 – коэффициент ослабления днища отверстиями.

Коэффициент ослабления днища отверстиями К0 определяют по

формуле:

0 i BK 1 d D= − ∑ , (3.10)

где di – диаметр отверстий.

21

Рис. 3.2. Варианты присоединения плоских днищ к обечайке и значения

коэффициента конструкции днища К

3.2. Расчет элементов аппаратов высокого давления

К аппаратам высокого давления, согласно ГОСТ 25215—82, относят

аппараты, работающие под давлением от 10 до 100 МПа. Эти аппараты

применяют в производствах аммиака, карбамида, водорода, метанола.

В аппаратах высокого давления (толстостенных) толщиной стенки

пренебрегать нельзя. Поэтому при выводе формул кроме кольцевых и

меридиональных напряжений учитывают также радиальные. Расчет

производится по ГОСТ 25215—82.

Толщина (м) стенки сплошной обечайки:

( )еS 0.5D 1 c= β − + . (3.11)

Здесь BH BD Dβ = – коэффициент толстостенности, равный [ ]( )ln Pβ = σ ϕ .

Для цельнокованых и многослойных аппаратов коэффициент

прочности сварного шва ϕ = 1 , для штампосварных аппаратов из

22

малоуглеродистых и низколегированных сталей (22 К; 10Г2С) ϕ = 0 95, , для

среднелегированных сталей (25ХЗНМ; 20Х2МА; 12МХ) ϕ = 0 85, .

Толщина (м) стенки плоского и слабовыпуклого днища:

[ ]( )BS 0.45D P= σ ψ . (3.12)

Здесь OTB B1 d Dψ = + ∑ – коэффициент ослабления днища отверстиями:

Толщина стенки выпуклого днища:

[ ]PRS c

2 0.5P= +

σ ϕ −. (3.13)

Радиус (м) кривизны днища:

( )2B B BR D 4H= . (3.14)

Здесь RB=DB для эллиптических днищ с HB=0,25DB; RB=0,5DB; для

полусферических днищ с НВ=0,5DB.

3.3. Расчет толщины тепловой изоляции

Количество тепла, передаваемое через изоляцию,

( )из1 из.в из.вн

С‚

Q t tsλ

= − , (3.15)

где изλ – коэффициент теплопроводности (Дж/м·с·град), из.вt и из,внt –

температура внутренней и внешней стенок изоляции соответственно.

Количество тепла, передаваемое от изоляции в окружающую среду,

( )2 ос из,вн осQ t t= α − , (3.16)

где осα – коэффициент теплоотдачи в окружающую среду, OCt – температура

окружающей среды. Ориентировочное значение осα можно рассчитать по

формуле ос из,вн9,3 0,058tα = + , Вт/м2·град.

Так как Q1 = Q2, то

23

( )( )

из из.в из.вниз

ос из.вн ос

t ts

t tλ −

=α −

. (3.17)

Потери тепла в окружающую среду

( )изиз.в из.вн

из

Q F t tsλ

= − , (3.18)

где F – теплопроводящая поверхность принимается как среднее

арифметическое внутренней и наружной поверхностей изоляции.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

В данных методических указаниях разработано 22 варианта заданий.

Номер варианта выдает преподаватель. Контрольные работы должны

содержать ответы на все вопросы задания, а также расчетную часть.

Расчетные формулы и уравнения, используемые при выполнении задач,

должны быть выражены в системе СИ, иметь расшифровку каждого

параметра с указанием размерности и ссылку на литературные источники. В

конце работы необходимо представить список использованной литературы.

Вариант 1

1. Описать типы корпусов аппаратов высокого давления. Способы

изготовления аппаратов высокого давления. Представить эскизы корпусов

аппаратов высокого давления.

2. Описать основные типы фланцевых соединений, дать их эскизы. Области

применения фланцевых соединений. Материалы для уплотнения

фланцевых соединений.

3. Рассчитать толщину стенки обечайки, днища, крышки и теплоизоляции

реактора конверсии СО с водяным паром. Аппарат работает под

давлением 3,5 МПа при температуре 400°С, Диаметр аппарата 3600 мм,

24

высота 4800 мм. Выполнить эскиз корпуса аппарата, предусмотреть

штуцеры для подвода и отвода реагентов и порядок внутреннего

обслуживания аппарата. Рассчитать потери тепла в окружающую среду,

пробное давление и площадь опор, если масса всех устройств в аппарате

6 т.

4. Рассчитать число оборотов, толщину лопастей, диаметр вала и мощность

двигателя для лопастной мешалки (ширина лопастей 200 мм, количество

лопастей 4). Диаметр аппарата 2200 мм. Аппарат предназначен для

получения суспензии (ρсусп=1,5 г/см3, µсусп=6,8 сПз, концентрация твердой

фазы 25 мас.%). Плотность твердой фазы 3,6 г/см3, диаметр частиц 90 мкм,

плотность жидкости 1 г/см3, вязкость жидкости 1 сПз. Аппарат работает

при нормальных условиях. Длина вала 2100 мм, высота расположения

мешалки 200 мм.

Вариант 2

1. Описать основные типы растворителей и экстракторов. Дать их эскизы.

2. Описать изоляционные и футеровочные материалы, применяемые в

основной химической промышленности. Необходимость футеровки и

изоляции химических аппаратов. Представить эскизы изоляционных и

футеровочных покрытий защиты аппаратов от коррозии.


колонны синтеза аммиака. Аппарат работает под давлением 22 МПа при

температуре 300 °С, Диаметр аппарата 2100 мм, высота 35000 мм.

Выполнить эскиз корпуса аппарата, предусмотреть штуцеры для подвода

и отвода реагентов и порядок внутреннего обслуживания аппарата.

Рассчитать потери тепла в окружающую среду, пробное давление и

площадь опор, если масса всех устройств в аппарате 12 т.

25

4. Рассчитать объем ковшей и мощность двигателя элеватора для

транспортировки 30 т в час фосфоритной муки (ρн=1,4 т/м3) на высоту 32

м. Шаг ковшей 1,0 м.

5. Рассчитать толщину трубной решетки U-образного теплообменника по

следующим данным: диаметр кожуха 1000 мм; трубы 25×2; шаг труб 30

мм; давление 1,8 МПа; температура 300 °С; материал сталь 10.

Вариант 3

1. Теплообменные устройства аппаратов, области их применения. Дать

эскизы.

2. Типы складов для хранения твердых сыпучих материалов и оснащение их

оборудованием.


колонны синтеза метанола. Аппарат работает под давлением 25 МПа при


Выполнить эскиз корпуса аппарата, предусмотреть штуцеры для подвода и

отвода реагентов и порядок внутреннего обслуживания аппарата.



4. Рассчитать число оборотов, толщину лопастей, диаметр вала и мощность

двигателя для турбинной мешалки (ширина лопастей 120 мм, количество

лопастей 6, диаметр ступицы принять равным 0,5dмеш). Диаметр аппарата

2000 мм. Аппарат предназначен для получения суспензии (ρсусп=1,2 г/см3,

µсусп=8,8 сПз, концентрация твердой фазы 20 мас.%). Плотность твердой

фазы 2,6 г/см3, диаметр частиц 50 мкм, плотность жидкости 1,2 г/см3,

вязкость жидкости 2,2 сПз. Аппарат работает при нормальных условиях.

Длина вала 2800 мм, высота расположения мешалки 280 мм, длина мягкой

набивки 120 мм.

26

Вариант 4

1. Конструкции оросителей абсорбционных колонн. Требования,

предъявляемые к оросителям. Выбор типа оросителя. Устройства для

перераспределения жидкости насадочных колонн. Дать эскизы оросителей

колонн насадочного типа и тарельчатых колонн.

2. Теплоизоляционные и огнеупорные материалы, области их применения.

Выбор типа изоляции. Методика расчета толщины теплоизоляции и

потерь тепла в окружающую среду.


адсорбера для санитарной очистки газа от сероводорода. Аппарат работает

под давлением 2,8 МПа при температуре 400 °С. Диаметр аппарата 4300

мм, высота 5600 мм. Выполнить эскиз корпуса аппарата, предусмотреть




4 т.

4. Рассчитать винтовой конвейер для транспортировки соды (ρн=0,9 т/м3)

производительностью 40 тонн в час. Длина желоба 20 м, угол подъема 20°.

5. Рассчитать толщину стенки аппарата с рубашкой с «вмятинами».

Исходные данные: диаметр аппарата 1800 мм; давление в аппарате 2 атм;

рубашка обогревается паром давлением 8,1 атм с температурой 170 °С;

шаг вмятин 140 мм; материал сталь 10Х17Н13М2Т; среда III категории

опасности.

Вариант 5

1. Устройство и оборудование складов для хранения жидких продуктов.

Конструкции резервуаров для хранения серной кислоты, жидкого

аммиака.

27

2. Металлы и сплавы, применяемые в химическом машиностроении.

Легирующие добавки. Типы и маркировка сталей.

3. Рассчитать толщину стенки обечайки, крышек и теплоизоляции

резервуара для хранения сжиженного углекислого газа (ρ = 0,6 г/см3).

Аппарат работает под давлением 3 МПа при температуре –10 °С, Диаметр

аппарата 3100 мм, длина 9500 мм. Выполнить эскиз корпуса аппарата,

предусмотреть штуцеры для подвода и отвода реагентов и порядок

внутреннего обслуживания аппарата. Рассчитать пробное давление и

площадь опор.

4. Рассчитать толщину кожуха и трубных решеток одноходового

кожухотрубного теплообменника с неподвижными решетками. Исходные

данные. Трубы: 25×2, шаг 34 мм, давление 2,2 МПа, температура 210 °С.

Кожух: диаметр 450 мм, давление 1,0 МПа, температура 140 °С.

Материал: сталь Ст3, КТЛР 12⋅10–6 К–1.

Вариант 6

1. Описать конструкции затворов аппаратов высокого давления. Затворы с

принудительным уплотнением и самоуплотняющиеся затворы, дать их

эскизы.

2. Аппараты с мешалками, области их применения. Выбор конструкции

мешалки и аппарата. Порядок проверочного расчета мешалки и вала на

прочность.


аппарата с мешалкой для приготовления эмульсии из двух высоковязких

жидкостей (ρж= 1,8 г/см3). Аппарат работает под давлением 3 атм и

температуре 150 °С. Диаметр аппарата 2800 мм, высота 2800 мм.



28


площадь опор, если масса всех устройств в аппарате 1,1 т.

4. Рассчитать ширину ленты и мощность двигателя ленточного конвейера

для транспортировки суперфосфата (ρн=1,2 т/м3) производительностью

600 тонн в сутки. Длина рабочей ветви 50 м, угол подъема 16°. Масса

роликоопор (кг): на рабочей ветви 4200; на обратной ветви 1700.

Расстояние между роликоопорами (м): на рабочей ветви 0,6; на обратной

ветви 1,5. Коэффициент сопротивления движению ленты по роликоопорам

принять равным 0,02.

5. Рассчитать всасывающую линию трубопровода (диаметр труб и

расстояние между опорами) для перекачки 20 тонн в час

концентрированной серной кислоты (ρ=1,6 г/см3). Трубопровод работает

под давлением 2 атм при нормальной температуре. Толщину стенки

принять. Выполнить проверочный расчет.

Вариант 7

1. Аппараты для абсорбции, ректификации и очистки газовых смесей.

Элементы аппаратов насадочного и тарельчатого типов. Представить

эскизы колонн.

2. Неметаллические материалы неорганического и органического

происхождения. Их номенклатура, свойства и области применения.


абсорбера паров фторкремниевой кислоты. Аппарат работает под

давлением 2,5 МПа при температуре 150 °С. Диаметр аппарата 1900 мм,




29


8 т.

4. Рассчитать толщину кожуха и трубных решеток четырехходового

кожухотрубного теплообменника с неподвижными решетками. Исходные

данные. Трубы: 25×2, шаг 30 мм, давление 1,2 МПа, температура 80 °С.

Кожух: диаметр 500 мм, давление 0,4 МПа, температура 160 °С. Материал:

сталь Ст3, КТЛР 12⋅10–6 К–1.

Вариант 8

1. Оборудование для хранения газов. Эскизы газгольдеров низкого давления

(мокрые и сухие) и высокого давления.

2. Описать основные элементы кожухотрубных теплообменников, дать их

эскизы. Методика проверочного расчета элементов теплообменника на

прочность.


смесителя аммиака с воздухом. Аппарат работает под давлением 3,2 МПа

при температуре 300 °С, Диаметр аппарата 2800 мм, высота 3200 мм.




площадь опор.

4. Рассчитать винтовой конвейер для транспортировки колчедана (ρн=1,9

т/м3) производительностью 25 тонн в час. Длина желоба 30 м, угол

подъема 10°.

5. Проверить на критическое число оборотов вал закрытой турбинной

мешалки, если диаметр мешалки 800 мм, масса мешалки 26 кг, число

оборотов 210 мин–1,диаметр вала 95 мм, длина вала 3150 мм, вылет 2400

30

мм. Вал имеет две промежуточные опоры, материал вала сталь

12Х18Н10Т.

Вариант 9

1. Коррозия металлов и сплавов. Типы коррозионных разрушений.

Химическая коррозия. Электрохимическая коррозия.

2. Способы кристаллизации. Кристаллизаторы, области их применения,

преимущества и недостатки. Привести эскизы основных типов

кристаллизаторов.


колонны синтеза аммиака. Аппарат работает под давлением 28 МПа при






4. Рассчитать время разложения гидроксида алюминия (радиус кусков 20 мм)

до оксида в шахтной печи. Исходные данные. Температура окружающей

среды 10 °С, температура обжига 1450 °С. Температура газов: на выходе

из печи 320 °С, в зоне обжига 1600 °С, на входе в зону обжига 600 °С.

Коэффициенты теплоотдачи (Вт/м2К): αнаг=14,2; αоб=30,1; αохл=12,5.

Теплопроводности (Вт/мК): гидроксида алюминия 1,8; оксида алюминия

0,9. Плотности (г/см3): гидроксида алюминия 3,8; оксида алюминия 4,0.

Теплоемкости (кДж/кг): гидроксида алюминия 2,8; оксида алюминия 1,9.

Тепловой эффект 2975 кДж/кг. Молекулярная масса Al 27 г/моль.

31

Вариант 10

1. Основы механического расчета толстостенных цилиндрических обечаек.

Распределение напряжений в стенке обечайки. Расчет толстостенных

аппаратов, нагруженных внутренним давлением.

2. Описать и привести эскизы основных типов штуцеров, бобышек,

смотровых окон, люков и лазов для обслуживания аппаратов.

3. Рассчитать толщину стенки обечайки с ребрами жесткости, днища,

крышки, рубашки и теплоизоляции аппарата с мешалкой для растворения

полиэтиленоксида (ρр-ра=0,9 г/см3). Аппарат работает под давлением 5 атм,

Диаметр аппарата 1600 мм, высота 2800 мм. Для обогрева в рубашку

подается пар под давлением 15 атм. Выполнить эскиз корпуса аппарата,


внутреннего обслуживания аппарата. Рассчитать потери тепла в

окружающую среду, пробное давление и площадь опор, если масса всех

устройств в аппарате 1,5 т.

4. Рассчитать установку пневмотранспорта непрерывного действия

производительностью 20 тонн в час для транспортировки апатитового

концентрата.


следующим данным: диаметр кожуха 800 мм; трубы 20×2; шаг труб 28 мм;

давление 1,5 МПа; температура 200 °С; материал сталь 20К.

Вариант 11

1. Основные типы печей в технологии неорганических веществ, их

классификация и области применения. Дать эскизы основных типов

печей.

2. Описать теплообменные устройства аппаратов, дать их эскизы.

32


адсорбера для санитарной очистки газа от паров азотной кислоты.

Аппарат работает под давлением 0,2 МПа при температуре 150 °С.

Диаметр аппарата 3200 мм, высота 2800 мм. Выполнить эскиз корпуса

аппарата, предусмотреть штуцеры для подвода и отвода реагентов и

порядок внутреннего обслуживания аппарата. Рассчитать потери тепла в



4. Рассчитать время разложения метатитановой кислоты H2TiO3 (МТК) с

радиусом кусков 30 мм до оксида в шахтной печи. Исходные данные.

Температура окружающей среды 20 °С, температура обжига 1250 °С.

Температура газов: на выходе из печи 280 °С, в зоне обжига 1350 °С, на

входе в зону обжига 350 °С. Коэффициенты теплоотдачи (Вт/м2К):

αнаг=11,2; αоб=20,9; αохл=10,8. Теплопроводности (Вт/мК): МТК 2,8;

оксида титана 1,2. Плотности (г/см3): МТК 3,2; оксида титана 4,3.

Теплоемкости (кДж/кг): МТК 2,4; оксида титана 0,8. Тепловой эффект

2124 кДж/кг. Молекулярная масса Ti 48 г/моль.

Вариант 12

1. Деформации, возникающие в обечайках, нагруженных внешним

давлением. Порядок проверочного расчета на устойчивость формы. Расчет

обечаек, укрепленных кольцами жесткости.

2. Транспорт для перемещения твердых материалов. Дать эскизы. Методика

расчета.


автоклава для разварки кремнегеля (ρ=2,9 г/см3) острым паром. Аппарат

работает под давлением 15 МПа при температуре 400 °С, Диаметр

аппарата 900 мм, высота 1300 мм. Выполнить эскиз корпуса аппарата,

33




устройств в аппарате 3 т.


транспортировки 100 т в час крупнокускового колчедана (ρн=1,8 т/м3) на

высоту 28 м. Шаг ковшей 1,2 м.

5. Рассчитать толщину стенки аппарата с рубашкой с «вмятинами».

Исходные данные: диаметр аппарата 2200 мм; давление в аппарате 3 атм;

рубашка обогревается паром давлением 6,2 атм с температурой 160 °С;

шаг вмятин 130 мм; материал сталь Ст3; среда неагрессивная.

Вариант 13

1. Общие положения к расчету основных деталей машин и аппаратов

химической промышленности. Выбор материала, допускаемого

напряжения, расчетных давления и температуры. Коэффициенты запаса

прочности, условий эксплуатации, прочности сварного шва.

2. Описать типы днищ и крышек для химического машиностроения, области

их применения. Дать эскизы.


крышки, рубашки и теплоизоляции аппарата с мешалкой для дегазации

неагрессивной жидкости (ρж= 1,1 г/см3). Аппарат работает под давлением

3 атм. Диаметр аппарата 1200 мм, высота 3200 мм. Для обогрева в

рубашку подается пар под давлением 10 атм. Выполнить эскиз корпуса




устройств в аппарате 2 т.

34

4. Рассчитать барабанную вращающуюся печь для обжига известняка по

следующим данным: насыпная плотность шихты 1300 кг/м3; коэффициент

заполнения 0,09; время пребывания материала в печи 3 ч; угол наклона

барабана 1°; скорость вращения 0,085 рад/с; толщина шамотной

футеровки 160 мм; температура стальной стенки 300 °С; расход газов на

обогрев 11575 м3/ч; движение — газа противоток; масса венцовой

шестерни 3520 кг; расстояние между бандажами 6000 мм.

Вариант 14

1. Устройство и принцип действия машин для крупного и среднего

измельчения. Дать эскизы образцов машин. Конструкционные материалы,

применяемые для их изготовления.

2. Принципы проверочных расчетов типовых тонкостенных сосудов,

нагруженных внутренним и внешним давлением. Порядок расчета

толщины стенки аппарата.

3. Рассчитать толщину стенки обечайки, днища, крышки аппарата с

мешалкой для барботажной абсорбции сероводорода (ρж= 1,2 г/см3).

Аппарат работает под давлением 10 атм при температуре 40 °С, Диаметр

аппарата 900 мм, высота 3100 мм. Выполнить эскиз корпуса аппарата,





4. Рассчитать установку пневмотранспорта с однокамерным насосом

производительностью 10 тонн в час для транспортировки флотационного

колчедана.

5. Проверить на критическое число оборотов вал пропеллерной мешалки,

если диаметр мешалки 500 мм, масса мешалки 16 кг, число оборотов 190

35

мин-1,диаметр вала 75 мм, длина вала 3200 мм, вылет 2300 мм. Вал имеет

одну промежуточную опору, материал вала сталь Ст3.

Вариант 15

1. Контактные аппараты для гетерогенных каталитических реакций.

Основные элементы контактных аппаратов. Дать описание и эскизы

основных типов контактных аппаратов.

2. Устройство и принцип действия машин для тонкого измельчения. Дать

эскизы образцов машин. Конструкционные материалы, применяемые для

их изготовления.


аппарата с мешалкой для приготовления эмульсии из двух высоковязких

жидкостей (ρж= 1,3 г/см3). Аппарат работает под давлением 30 атм и







транспортировки 30 т в час фосфоритной муки (ρн=1,4 т/м3) на высоту 32

м. Шаг ковшей 1,0 м.


следующим данным: диаметр кожуха 1000 мм; трубы 25×2; шаг труб 30

мм; давление 1,8 МПа; температура 300 °С; материал сталь 10.

Вариант 16

1. Контактные аппараты с псевдоожиженным слоем катализатора. Область

применения, устройство, эскизы.

36

2. Аппараты для отделения пыли и капель от газов. Аппараты сухой и

мокрой очистки. Устройство, эскизы.


крышки, рубашки и теплоизоляции аппарата с мешалкой для

приготовления раствора нитратов никеля и алюминия (ρраствора= 1,5 г/см3).

Аппарат работает под давлением 3 атм. Диаметр аппарата 2100 мм,

высота 3200 мм. Для обогрева в рубашку подается пар под давлением 5

атм. Выполнить эскиз корпуса аппарата, предусмотреть штуцеры для

подвода и отвода реагентов и порядок внутреннего обслуживания

аппарата. Рассчитать потери тепла в окружающую среду, пробное

давление и площадь опор, если масса всех устройств в аппарате 1,3 т.

4. Рассчитать барабанную вращающуюся сушилку суперфосфата по

следующим данным: насыпная плотность шихты 1100 кг/м3; коэффициент

заполнения 0,3; время пребывания материала в аппарате 30 мин; угол

наклона барабана 1°; скорость вращения 0,838 рад/с; толщина резиновой

футеровки 5 мм (ρ=1,2 г/см3); температура стальной стенки 40 °С; расход

газов на обогрев 13580 м3/ч; движение газа — прямоток; масса венцовой

шестерни 4250 кг; расстояние между бандажами 6000 мм.

Вариант 17

1. Внешнезаводской транспорт. Применение, принципы организации

работы.

2. Трубы и трубопроводная арматура. Устройство, эскизы. Расчет

трубопроводов.


адсорбера для санитарной очистки газа от паров соляной кислоты.

Аппарат работает под давлением 0,8 МПа при температуре 250 °С.

Диаметр аппарата 4200 мм, высота 3800 мм. Выполнить эскиз корпуса

37






для транспортировки известняка (ρн=1,3 т/м3, размер кусков аmax=200 мм)

производительностью 1000 тонн в сутки. Длина рабочей ветви 80 м, угол

подъема 12°. Масса роликоопор (кг): на рабочей ветви 16000; на обратной

ветви 4250. Расстояние между роликоопорами (м): на рабочей ветви 0,4;

на обратной ветви 1,5. Коэффициент сопротивления движению ленты по

роликоопорам принять равным 0,04.

5. Рассчитать нагнетательную линию трубопровода (диаметр труб и

расстояние между опорами) для перекачки 25 тонн в час воды.

Трубопровод работает под давлением 3 атм при нормальной температуре.

Толщину стенки принять. Выполнить проверочный расчет.

Вариант 18


изготовления аппаратов высокого давления. Представить эскизы

корпусов аппаратов высокого давления.

2. Описать изоляционные и футеровочные материалы, применяемые в

основной химической промышленности. Необходимость футеровки и

изоляции химических аппаратов. Представить эскизы изоляционных и

футеровочных покрытий защиты аппаратов от коррозии.

3. Рассчитать толщину стенки обечайки, днища, крышки и

теплоизоляции колонны синтеза метанола. Аппарат работает под

давлением 25 МПа при температуре 250 °С, Диаметр аппарата 2200 мм,


38




11 т.

4. Рассчитать число оборотов, толщину лопастей, диаметр вала и

мощность двигателя для турбинной мешалки (ширина лопастей 120 мм,

количество лопастей 6, диаметр ступицы принять равным 0,5dмеш).

Диаметр аппарата 2000 мм. Аппарат предназначен для получения

суспензии (ρсусп=1,2 г/см3, µсусп=8,8 сПз, концентрация твердой фазы 20

мас.%). Плотность твердой фазы 2,6 г/см3, диаметр частиц 50 мкм,

плотность жидкости 1,2 г/см3, вязкость жидкости 2,2 сПз. Аппарат

работает при нормальных условиях. Длина вала 2800 мм, высота

расположения мешалки 280 мм, длина мягкой набивки 120 мм.

Вариант 19

1. Конструкции оросителей абсорбционных колонн. Требования,

предъявляемые к оросителям. Выбор типа оросителя. Устройства для

перераспределения жидкости насадочных колонн. Дать эскизы оросителей

колонн насадочного типа и тарельчатых колонн.

2. Металлы и сплавы, применяемые в химическом машиностроении.

Легирующие добавки. Типы и маркировка сталей.


теплоизоляции аппарата с мешалкой для приготовления эмульсии из двух

высоковязких жидкостей (ρж= 1,8 г/см3). Аппарат работает под давлением

3 атм и температуре 150 °С. Диаметр аппарата 2800 мм, высота 2800 мм.



39




для транспортировки суперфосфата (ρн=1,2 т/м3) производительностью

600 тонн в сутки. Длина рабочей ветви 50 м, угол подъема 16°. Масса

роликоопор (кг): на рабочей ветви 4200; на обратной ветви 1700.

Расстояние между роликоопорами (м): на рабочей ветви 0,6; на обратной

ветви 1,5. Коэффициент сопротивления движению ленты по

роликоопорам принять равным 0,02.

5. Рассчитать всасывающую линию трубопровода (диаметр труб и

расстояние между опорами) для перекачки 20 тонн в час

концентрированной серной кислоты (ρ=1,6 г/см3). Трубопровод работает

под давлением 2 атм при нормальной температуре. Толщину стенки

принять. Выполнить проверочный расчет.

Вариант 20

1. Аппараты для абсорбции, ректификации и очистки газовых смесей.

Элементы аппаратов насадочного и тарельчатого типов. Представить

эскизы колонн.

2. Описать основные элементы кожухотрубных теплообменников, дать

их эскизы. Методика проверочного расчета элементов теплообменника на

прочность.


теплоизоляции колонны синтеза аммиака. Аппарат работает под

давлением 28 МПа при температуре 200 °С. Диаметр аппарата 2400 мм,




40


15 т.

4. Рассчитать время разложения гидроксида алюминия (радиус кусков 20

мм) до оксида в шахтной печи. Исходные данные. Температура

окружающей среды 10 °С, температура обжига 1450 °С. Температура

газов: на выходе из печи 320 °С, в зоне обжига 1600 °С, на входе в зону

обжига 600 °С. Коэффициенты теплоотдачи (Вт/м2К): αнаг=14,2; αоб=30,1;

αохл=12,5. Теплопроводности (Вт/мК): гидроксида алюминия 1,8; оксида

алюминия 0,9. Плотности (г/см3): гидроксида алюминия 3,8; оксида

алюминия 4,0. Теплоемкости (кДж/кг): гидроксида алюминия 2,8; оксида

алюминия 1,9. Тепловой эффект 2975 кДж/кг. Молекулярная масса Al 27

г/моль.

Вариант 21


изготовления аппаратов высокого давления. Представить эскизы

корпусов аппаратов высокого давления.

2. Устройство и принцип действия машин для крупного и среднего

измельчения. Дать эскизы образцов машин. Конструкционные

материалы, применяемые для их изготовления.


теплоизоляции автоклава для разварки силиката натрия (ρ=2,7 г/см3)

острым паром. Аппарат работает под давлением 11 МПа при


Выполнить эскиз корпуса аппарата, предусмотреть штуцеры для

подвода и отвода реагентов и порядок внутреннего обслуживания

аппарата. Рассчитать потери тепла в окружающую среду, пробное

давление и площадь опор, если масса всех устройств в аппарате 4 т.

41


для транспортировки известняка (ρн=1,3 т/м3, размер кусков аmax=300

мм) производительностью 1500 тонн в сутки. Длина рабочей ветви 100

м, угол подъема 10°. Масса роликоопор (кг): на рабочей ветви 16000;

на обратной ветви 4250. Расстояние между роликоопорами (м): на

рабочей ветви 0,4; на обратной ветви 1,5. Коэффициент сопротивления

движению ленты по роликоопорам принять равным 0,04.

5. Рассчитать нагнетательную линию трубопровода (диаметр труб и

расстояние между опорами) для перекачки 45 тонн в час воды.

Трубопровод работает под давлением 5 атм при нормальной

температуре. Толщину стенки принять. Выполнить проверочный

расчет.

Вариант 22

1. Деформации, возникающие в обечайках, нагруженных внешним

давлением. Порядок проверочного расчета на устойчивость формы.

Расчет обечаек, укрепленных кольцами жесткости.

2. Внешнезаводской транспорт. Применение, принципы организации

работы.


крышки, рубашки и теплоизоляции аппарата с мешалкой для дегазации

неагрессивной жидкости (ρж= 1,3 г/см3). Аппарат работает под

давлением 5 атм. Диаметр аппарата 1000 мм, высота 3400 мм. Для

обогрева в рубашку подается пар под давлением 6 атм. Выполнить

эскиз корпуса аппарата, предусмотреть штуцеры для подвода и отвода

реагентов и порядок внутреннего обслуживания аппарата. Рассчитать

потери тепла в окружающую среду, пробное давление и площадь опор,

если масса всех устройств в аппарате 2,5 т.

42

4. Рассчитать барабанную вращающуюся печь для обжига известняка по

следующим данным: насыпная плотность шихты 1300 кг/м3;

коэффициент заполнения 0,1; время пребывания материала в печи 5 ч;

угол наклона барабана 1°; скорость вращения 0,085 рад/с; толщина

шамотной футеровки 160 мм; температура стальной стенки 300 °С;

расход газов на обогрев 11575 м3/ч; движение газа — противоток;

масса венцовой шестерни 3520 кг; расстояние между бандажами 6000

мм.

43

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………...3

Программа по курсу «Основы проектирования и оборудование»…………….4

Список рекомендуемой литературы…………………………………………....10

Методические указания…………………………………………………………11

Контрольные задания…………………………………………………………...23

44

Составитель Прокофьев Валерий Юрьевич

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ

Методические указания и контрольные задания

для студентов заочного факультета

специальности 240301

«Химическая технология неорганических веществ и материалов»

Редактор Т.В. Куликова

Техн. редактор О.А. Соловьева

Подписано в печать 6.06.2006. Формат 60×84 1/16. Бумага газетная. Усл. печ. л. 2,56. Уч.-изд. л. 2,84. Тираж 100 экз. Заказ

Отпечатано на полиграфическом оборудовании кафедры экономики и финансов ГОУ ВПО «ИГХТУ».

ГОУ ВПО Ивановский государственный химико-технологический университет 153000, г.Иваново, пр. Ф.Энгельса, 7

Documents

Основы проектирования и оборудованиеmain.isuct.ru › files › publ › PUBL_ALL › 109.pdf · 2007-11-02 · ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ