Кожухотрубчатый подогреватель

По этому же стандарту выполняются при необходимости конструирование и расчет фланцевого соединения.

Прокладки фланцевого соединения также стандартизованы. В общем случае в зависимости от материала их принято делить на неметаллические (паронит, резина, картон, асбест, пластмассы и т. п.), металлические (медь, алюминий, свинец, сталь и т. п.) и полуметаллические (неметаллический материал, армированный металлом или в металлической оболочке), а в зависимости от формы сечения прокладки могут быть: плоские, гофрированные, круглые, овальные, граненые и специального профиля.

Рассчитаем прокладку фланцевого соединения крышки с корпусом.

1. По температуре пара выбирается материал прокладки — резина теплостойкая. Из табл.

4.7 [1]. Определяют толщину ребра — (=0,0015, м:

2. Выбирается или рассчитывается давление греющего пара:

Из таблицы 4.8 [1] [(]сж = 1,6 МПа и (у = 0,8 МПа.

В теплообменных аппаратах наибольшее распространение имеют плоские прокладки, зажатые между двумя фланцами (рисунок 12). При затягивании болтов (винтов, шпилек) плоская прокладка сжимается между поверхностями фланцев, деформируется и заполняет мельчайшие неровности этих поверхностей, создавая необходимое прочно — плотное соединение.

Для деформирования прокладки, обеспечивающего плотность соединения на ее поверхности должно быть создано необходимое удельное давление — (у, зависящее от свойств материала прокладки и давления внутри аппарата. С другой стороны, необходимо обеспечить прочность материала прокладки, то есть сжимать прокладку можно только до напряжений не превышающих допустимых на сжатие — [(]сж .

Рис.

5. Схема к расчету плоской прокладки и болта в соединении с гладкими фланцами.

3. Ширина прокладки — В, м из условия работы ее на прочность равна:

Согласно рекомендациям таблице 4.7 [1] для указанного диаметра аппарата ширина прокладки — В = 15 мм, а толщина — (= 1,5 мм. Следовательно, можно взять эти рекомендуемые конструктивные размеры прокладки.

4. Теперь надо проверить выбранную прокладку на невыдавливание.

Сила, выдавливающая прокладку — Рв, МН:

5. Нормальная сила, сжимающая прокладку — N, МН:

6. Сила трения — Т, МН, удерживающая прокладку от выдавливания:

7. Так как Т > Pв, т. е. 0,6 861 > 0,132, то невыдавливание прокладки обеспечено.

3.4 Расчет болтов фланцевого соединения крышки с корпусом.

При сборке аппарата предварительная затяжка болтов фланцевого соединения крышки с корпусом создает в прокладке напряжения сжатия — [(]сж, МПа. Следовательно сила предварительной затяжки болтов — Рп, МН равна произведению допускаемых напряжений сжатия прокладки и ее поверхности контакта с фланцем:

При работе аппарата внутреннее давление — р, МПа, воздействуя на крышку аппарата, отрывает ее от корпуса, дополнительно нагружая болты фланцевого соединения. Поэтому сила отрывающая крышку аппарата — Рк, МН будет равна:

Диаметр окружности расположения болтов — Dб, м:

Выбрав шаг расположения болтов — S = 0,08 м, определяется их количество — z, шт:

Можно взять z = 9.

Сила, действующая на болт — Р0, МН:

Внутренний диаметр резьбы болта — dб, м из стали 20К с [(] = 139 МПа:

По ГОСТ 7798– — 85 можно взять болт М6.

3.

5. Расчет опор аппарата.

Опора служит для крепления аппарата к фундаменту или несущей конструкции. Существует много различных типов опор. Чаще применяется конструкция, изображенная на рисунке 6.

Рис. 6. Схема к расчету опоры аппарата.

Такая опора представляет собой сварную консольную конструкцию, состоящую из плоской горизонтальной пластины с вертикальными ребрами. Ребра привариваются либо непосредственно к корпусу аппарата, либо к вертикальной пластине, которая затем крепится к платику корпуса болтами. Усилие, возникающее в ребрах, зависит от угла наклона ребра — α, град. к вертикали. Наименьшее усилие будет при α = 26,50 тогда другой угол — β будет равен 63,5 град. Тогда отношение высоты опоры — h, м к ее вылету — a, м равно тангенсу угла β, т. е tg β = 2.

Расчета опорной лапы.

1. Вылет опоры — а, м равен:

а = 0,12 · (Dв + 2 · () = 0,12 · (0,182 + 2 · 0,004) = 0,0228.

Можно взять, а = 0,03 м.

h = 2 · a = 2 · 0,03 = 0,06 м.

2. Усилие, действующее на одну опору — Р1, МН. Для этого надо вначале определить:

2.

1. Объем металла цилиндрического корпуса аппарата — V1, м3 :

V1 = ((Dв ((· H = 3,14 · 0,182 · 0,004 · 1,5 = 0,0034;

2.

2. Объем металла днищ — V2, м3 :

V2 = 0,785 · Dв2 · (· z · 1,5 (1,5 — за счет кривизны выпуклых днищ).

V2 = 0,785 · 0,1822 · 0,004 · 2 · 1,5 = 0,31;

2.

3. Объем металла труб — V3, м3:

V3 = ((dв ((1 · L = 3,14 · 0,01 · 0,0015 · 20 = 0,942;

2.

4. Масса металлоконструкций аппарата — mм, кг:

mм = (V1 + V2 + V3) · (= (0,0034 + 0,31 + 0,942) · 8000 = 37,2.

с учетом арматуры можно взять mм = 50 кг.

2.

5. Объем продукта в трубах — V4, м3 :

V4 = 0,785 · dв2 · L = 0,785 · 0,012 · 20 = 0,157;

2.

6. Масса продукта в аппарате — mп, кг:

mп = V4 · (1 = 0,157 · 1010 = 1,5857.

Приняв к установке две опоры (z = 2), можно теперь определить — Р1, МН:

Р1 = (mм + mт) · g · 10−6 / z = (50 + 2) · 9,81· 10 -6 / 2 = 0,26.

3. Приняв предварительно коэффициент уменьшения к = 0,4 и допускаемое напряжение стали — [(]сж = 100 МПа, определим толщину ребра — (, м:

(= 11,2 · Р1 / (к · [(]сж · а) = 11,2 · 0,26 / (0,4 · 100 · 0,03) = 0,0024.

4. Расчет гибкости ребра — λ:

λ = 7,73 · а / (= 7,73 · 0,03 / 0,0024 = 96,6

5. Определяют истинное значение коэффициента уменьшения — к:

к = 1,05 — λ · 43.5 · 10−4 = 1,05 — 96,6 · 43,5 · 10 -4 = 0,63.

Получилось большое расхождение между принятым и истинным значением коэффициентов уменьшения. Поэтому надо принять другое, меньшее значение к = 0,5 и повторить расчет по пунктам 3, 4 и 5:

3. (= 11,2 · 0,26 / (0,5 · 100 · 0,03) = 0,194.

4. λ = 7,73 · 0,03 / 0,194 = 119,5.

5. к = 1,05 — 119,5· 43,5 · 10 -4 = 0,53.

Расхождение значений коэффициентов уменьшения незначительное, поэтому можно расчет закончить, получив толщину ребра опоры — (= 2 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данный курсовой проект представляет собой комплекс расчетно-графических работ, по конструированию, выбору кожухотрубчатого подогревателя и подбору вспомогательного оборудования к нему для проведения технологических процессов в пищевой промышленности.

Спроектированный на основании расчетов и подборов двуххходовый кожухотрубчатый теплообменный аппарат позволяет проводить необходимые процессы с заданными параметрами.

В ходе проведения проектных и расчетных работ (конструктивный расчет, расчет на прочность) выбраны конструктивные единицы, подтверждена механическая надежность, экономически-обоснованный выбор (материал труб, длина и т. д.), конструктивное совершенство аппарата. Эти факторы являются основными для высокопродуктивной, бесперебойной работы оборудования в промышленных условиях.

Параметры кожухотрубчатого подогревателя:

площадь поверхности теплообмена диаметр кожуха число ходов трубы 13*1,5 мм длина труб число труб тепловая нагрузка Параметры водяного пара (межтрубное пространство):

Расход Температура на входе Температура на выходе Параметры оборотной воды (трубное пространство):

Расход Температура на входе Температура на выходе

Вельтищев В.Н., Калошин Ю. А. Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. — М.: МГУТУ, 2011

Основные процессы и аппараты химической технологи. Пособие по проектированию. Под ред. Ю. И. Дытнерского, 3-е изд., стереотипное. М.: ООО ИД «Альянс», 2007 — 496с.

Лунин О.Г., Вельтищев В. Н. Теплообменные аппараты пищевых производств. — М.: Агропромиздат, 1987.

Соколов В. И. Основы расчета и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. — М.: Колос, 1992.

С.Н. Виноградов, К. В. Таранцев, О. С. Виноградов. Выбор и расчет теплообменников. П., 2001.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ

Разраб.

Закревский

Провер.

Руб

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Лит.

Листов

МГУТУ Шифр 0009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ

Разраб.

Закревский

Провер.

Руб

Реценз.

Ф.И.О.

Н. Контр.

Ф.И.О.

Утверд.

Ф.И.О.

Исходные данные Лит.

Листов

МГУТУ Шифр 0009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ

Разраб.

Закревский

Провер.

Руб

Реценз.

Ф.И.О.

Н. Контр.

Ф.И.О.

Утверд.

Ф.И.О.

Введение

Лит.

Листов

МГУТУ Шифр 0009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ

Разраб.

Закревский

Провер.

Руб

Реценз.

Ф.И.О.

Н. Контр.

Ф.И.О.

Утверд.

Ф.И.О.

Теоретическая часть. Конструктивные особенности

Лит.

Листов

МГУТУ Шифр 0009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ

Разраб.

Закревский

Провер.

Руб

Реценз.

Ф.И.О.

Н. Контр.

Ф.И.О.

Утверд.

Ф.И.О.

Тепловой расчет и конструктивные размеры аппарата Лит.

Листов

МГУТУ Шифр 0009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ

Разраб.

Закревский

Провер.

Руб

Реценз.

Ф.И.О.

Н. Контр.

Ф.И.О.

Утверд.

Ф.И.О.

Расчеты аппарата на прочность Лит.

Листов

МГУТУ Шифр 0009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ

Разраб.

Закревский

Провер.

Руб

Реценз.

Ф.И.О.

Н. Контр.

Ф.И.О.

Утверд.

Ф.И.О.

Заключение

Лит.

Листов

МГУТУ Шифр 0009

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33.

52.П.КТП.

00.00. 000 ПЗ

Разраб.

Закревский

Провер.

Руб

Реценз.

Ф.И.О.

Н. Контр.

Ф.И.О.

Утверд.

Ф.И.О.

Список литературы

Лит.

Листов

МГУТУ Шифр 0009