Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634757)
Контекстум
.

Расчет сосудов и аппаратов. Часть II. Расчет аппаратов. (190,00 руб.)

0   0
АвторыПостникова И.В.
ИздательствоИвановский государственный химико-технологический университет
Страниц123
ID142148
АннотацияВ пособии изложены основные теоретические положения по курсу Конструирование и расчет элементов оборудования. Даются основные сведения по теории и практике расчета и конструирования аппаратов из пластмасс, горизонтальных емкостных аппаратов, аппаратов высокого давления, колонного оборудования, расчета узлов аппаратов на малоцикловое нагружение. Приводятся методики инженерного расчета данных аппаратов, разработанные на основе нормативной документации с учетом иерархической структуры рассматриваемых конструкций. Приведены алгоритмы расчета аппаратов. Сформулированы контрольные вопросы по каждому рассматриваемому разделу, а также общий тестовый контроль знаний студента по данному курсу. Приводятся варианты заданий для выполнения курсовых проектных работ. Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям Машины и аппараты химических производств и Машины и аппараты пищевых производств.
Расчет сосудов и аппаратов. Часть II. Расчет аппаратов. : Учебно-методическое пособие / И.В. Постникова .— Иваново : Ивановский государственный химико-технологический университет, 2010 .— 123 с. — Кафедра машин и аппаратов химических производств .— URL: https://rucont.ru/efd/142148 (дата обращения: 25.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Даются основные сведения по теории и практике расчета и конструирования аппаратов из пластмасс, горизонтальных емкостных аппаратов, аппаратов высокого давления, колонного оборудования, расчета узлов аппаратов на малоцикловое нагружение. <...> СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫЕ И МЕТАЛЛОПЛАСТОВЫЕ ОБОЛОЧКИ ГЛАВА 2 АППАРАТЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ <...> ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА АППАРАТОВ И КОРПУСОВ МАШИН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ГЛАВА 3 КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ И РЕАКТОРЫ 3.1. <...> ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОЛОННЫХ АППАРАТОВ ГЛАВА 4 МАЛОЦИКЛОВОЕ НАГРУЖЕНИЕ СОСУДОВ И АППАРАТОВ <...> УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ (объект – тонкостенный аппарат) <...> МЕТОДИКА УТОЧНЕННОГО РАСЧЕТА С УЧЕТОМ КРАЕВОЙ ЗАДАЧИ (объект – горячий аппарат высокого давления) <...> ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Расчет на прочность сосудов и аппаратов из пластмасс и стеклопластиков требует определения величин напряжений и деформаций в изделиях определенной геометрической формы при внешних и внутренних характеристиках конструкционных материалов. <...> Коэффициенты запаса прочности для пластмасс изменяются в более широком интервале, чем для сталей (от 3,2 до 9), коэффициенты запаса на устойчивость (от 6 до 9). <...> Коррозионная активность сред оценивается либо по коэффициенту уменьшения времени до разрушения Кi = ic , равного ib отношению времени до разрушения в данной среде к времени до разрушения в воде, либо по коэффициенту снижения длительной прочности Кσ = σ дл.п.ср , σ дл.п.в. равного отношению длительной прочности в данной среде к длительной прочности в воде при одинаковых времени и температуре. <...> Прочностные характеристики ортотропных и композиционных материалов: модуль упругости и величина расчетных и разрушающих напряжений определяются с учетом объемного содержания композитов в конструкционном материале и их количественных соотношений в меридиональном и кольцевом направлениях. <...> 6 Таблица 1.5 Предел прочности пластмасс после 1000 ч испытаний Вид Коэффицие Предел прочности нагружени при нагружении <...>
Расчет_сосудов_и_аппаратов._Часть_II._Расчет_аппаратов..pdf
Стр.1
Стр.2
Стр.3
Стр.4
Стр.5
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Стр.9
Стр.10
Расчет_сосудов_и_аппаратов._Часть_II._Расчет_аппаратов..pdf
Стр.1
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ивановский государственный химико-технологический университет В.П. Миронов, И.В. Постникова РАСЧЕТ СОСУДОВ И АППАРАТОВ Часть II Расчет аппаратов Учебное пособие Иваново 2010
Стр.2
УДК 66.002.5.0012.(07) Миронов В.П., Постникова И.В. Расчет сосудов и аппаратов. Часть II. Расчет аппаратов: учебн. пособие / Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Иваново, 2010. 122 с. ISBN 978-5-9616-0335-4 В пособии изложены основные теоретические положения по курсу «Конструирование и расчет элементов оборудования». Даются основные сведения по теории и практике расчета и конструирования аппаратов из пластмасс, горизонтальных емкостных аппаратов, аппаратов высокого давления, колонного оборудования, расчета узлов аппаратов на малоцикловое нагружение. Приводятся методики инженерного расчета данных аппаратов, разработанные на основе нормативной документации с учетом иерархической структуры рассматриваемых конструкций. Приведены алгоритмы расчета аппаратов. Сформулированы контрольные вопросы по каждому рассматриваемому разделу, а также общий тестовый контроль знаний студента по данному курсу. Приводятся варианты заданий для выполнения курсовых проектных работ. Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Машины и аппараты химических производств» и «Машины и аппараты пищевых производств». Табл. 13. Ил. 16. Библиогр.: 43 назв. Прил. 9 рисунков. Печатается по решению редакционно-издательского совета Ивановского государственного химико-технологического университета. Рецензенты: кафедра теплотехники Ивановской государственной текстильной академии; доктор технических наук П.П. Гуюмджян (Ивановский государственный архитектурно-строительный университет) ISBN 978-5-9616-0335-4 © Миронов В.П., Постникова И.В., 2010 © Ивановский государственный химикотехнологический университет, 2010
Стр.3
СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВА 1 РАСЧЕТ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ, ИЗГОТОВЛЕННОЙ ИЗ ПЛАСТМАСС 1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.2. ОСЕСИММЕТРИЧНЫЕ ОБОЛОЧКИ 1.3. ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ 1.4. ПЛОСКИЕ ДНИЩА И СТЕНКИ 1.5. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ЕМКОСТИ 1.6. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ЕМКОСТИ 1.7. СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫЕ И МЕТАЛЛОПЛАСТОВЫЕ ОБОЛОЧКИ ГЛАВА 2 АППАРАТЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 2.1. АППАРАТЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 2.2. ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА АППАРАТОВ И КОРПУСОВ МАШИН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ГЛАВА 3 КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ И РЕАКТОРЫ 3.1. КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ И ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЗНАНИЙ 3.2. ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОЛОННЫХ АППАРАТОВ ГЛАВА 4 МАЛОЦИКЛОВОЕ НАГРУЖЕНИЕ СОСУДОВ И АППАРАТОВ 4.1. УПРОЩЕННЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА 4.2. УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ (объект – тонкостенный аппарат) 4.3. МЕТОДИКА УТОЧНЕННОГО РАСЧЕТА С УЧЕТОМ КРАЕВОЙ ЗАДАЧИ (объект – горячий аппарат высокого давления) 4.4. ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ. МЕТОДИКИ УТОЧНЕННОГО РАСЧЕТА ТОНКОСТЕННОГО АППАРАТА 4.5. СОСТАВНЫЕ ОБОЛОЧКИ ВРАЩЕНИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ТЕМПЕРАТУРЫ ГЛАВА 5 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ 5.1. ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ ПО КУРСУ 5.2. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ 4 4 8 11 11 12 14 15 25 25 31 43 43 44 62 66 68 68 69 71 72 72 78 100 102 105 3
Стр.4
ГЛАВА 1 РАСЧЕТ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ, ИЗГОТОВЛЕННОЙ ИЗ ПЛАСТМАСС [27,28,29] 1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Расчет на прочность сосудов и аппаратов из пластмасс и стеклопластиков требует определения величин напряжений и деформаций в изделиях определенной геометрической формы при внешних и внутренних характеристиках конструкционных материалов. Коэффициенты запаса прочности для пластмасс изменяются в более широком интервале, чем для сталей (от 3,2 до 9), коэффициенты запаса на устойчивость (от 6 до 9). Коррозионная активность сред оценивается либо по коэффициенту уменьшения времени до разрушения i К i= , равного i b c отношению времени до разрушения в данной среде к времени до разрушения в воде, либо по коэффициенту снижения длительной прочности К = дл.п.ср дл.п.в . равного отношению длительной прочности в данной среде к длительной прочности в воде при одинаковых времени и температуре. Прочностные характеристики ортотропных и композиционных материалов: модуль упругости и величина расчетных и разрушающих напряжений определяются с учетом объемного содержания композитов в конструкционном материале и их количественных соотношений в меридиональном и кольцевом направлениях. Основные прочностные характеристики для пластмасс представлены в таблицах 1.1 - 1.6. В основу вывода расчетных формул положены решения дифференциальных уравнений равновесия цилиндрических ортотропных оболочек в перемещениях. В результате выведены расчетные формулы для анализа прочности и устойчивости цилиндрических, эллиптических, полушаровых и конических оболочек, прогиба ортотропных пластин. Расчет горизонтальных цилиндрических емкостей выполнен с учетом гидростатического давления и инерционной нагрузки или постоянного газового давления. При расчете и конструировании прямоугольных (коробчатых) емкостей учитывается размещение ребер жесткости (стоек) в соответствии с величиной гидростатического давления и условиями их закрепления. Для вертикальных цилиндрических емкостей, несущих и ограждающих конструкций, расчет верха и низа выполняется с учетом нагрузки и от веса 4 , σσ σ
Стр.5
Таблица 1.1 Сопротивление усталости пластмасс при изгибе Материал Стеклотекстолит на основе смолы Р-21 Стеклотекстолит на основе смолы ПЭМ-2 Текстолит (обрезки грубой ткани на основе Стеклопластик АГ-4С Стеклопластик АГ-4В фенолформальдегидной смолы) То же Текстолит на основе фенолформальдегидной смолы То же Фенолформальдегидный бумагопласт То же Капрон Полистирол Винипласт Оргстекло То же Ч К К К Ч К Ч Полиэтилен высокой плотности низкого давления Ацетилцеллюлоза Полиэтилен низкой плотности высокого давления То же К Ч Ч К Ч К 4 - - Ч Ч Ч 47,3 28,7 100 47,3 47,3 28,7 50 166,7 250 25 25 47,3 100 100 47,3 57,5 47,5 100 100 57,5 20 0,6 10 10 10 10 10 10 10 10 100 10 10 10 100 10 100 10 33 70 60 19,2 35 22,9 28 31,6 47,5 58,5 6,5 5 10,5 146 2,5 7,9 3,2 4,7 7,3 100 58,5 135 370 200 58,5 138 132,5 217 200 90 70 Более 83* Менее 17 Более 22,5* Менее 11 110 129 28 7 7 7 8 Более 22,5* Менее 14 48 10 Более 35,8* Менее 20 Примечание. Обозначения: К - консольный изгиб; Ч – чистый изгиб. * Образец сильно изгибался без излома. Таблица 1.2 Стеклотекстолит (со стекловолокном на безщелочной основе) Предел прочности пластмасс в зависимости от температуры, МПа Температура, 0С 0 - Материал -80 -60 - - То же, со стекловолокном Гетинакс Полиэтилен низкой плотности высокого давления Полиэтилен высокой плотности низкого давления Винипласт Фторопласт-4 - - 48 - - - - - - 51 - - -40 - - - 28,5 45 - - - - - - 35-50 33 * При температуре + 800С 5 +20 320 128 110 12,5 32 56 25 +50 +100 +150 +200 302 280 255 120 80 7,5 25 42 24 108 65 2,5 125 30* 19 90 50 - - - - 232 67,5 35 - - - - 24 19 30 35 33 39 21 24 22 Вид нагружения Частота цикло в минуту База, млн. цикл. Сопротивление усталости σ, МПа Статическая прочность р, МПа Коэффициент запаса К=σ/р·100 %
Стр.6
Таблица 1.3 Допускаемые исходные напряжения для пластмасс различных марок, МПа Нагрузка σ Пластмассы в.сж σв σи кратковременная циклическая при изгибе [σ]0 Пресс-порошки*1 Фенолит 1, 2, 3 Декоррозит 1, 2 Текстолитовая крошка Пресс-порошки типа ФКПМ Монолиты Волокнит Асбоволокниты Стекловолокнит АГ-4В Стеклотекстолит АГ-2 Стеклопластик*2 Аминопласты А и Б Текстолиты Капрон Полиамидные смолы 68, 54 Полиамидная смола АК-7 Поливинилхлорид Полистирол блочный Полипропилен Полиформальдегид Поликарбонат 90 160 140 160 160 145 140 90 130 80 40 45 - 45 25 30 30 45 80 45 *1 Пресс-порошки марок К-152, К-17-2, К-18-2, К-19-2, К-20-2, К-110-2, К-21-2, К-211-2, 130 77 40 70 80 50 55 50 40 35 60 70 100 150 80 70 75 35 100 100 80 60 100 85 40 42 42 46 35 65 35 30 45 30 25 27 25 20 17 30 35 50 65 40 35 50 50 40 30 50 42 12,5 10 К-211-32, К-220-23. *2 Стеклопластик на полиэфирной смоле, армированный стеклотканью Таблица 1.4 Материал Термопласты Реактопласты Распределение напряжений Равномерное С концентрацией Равномерное С концентрацией *К=К1К2К3 (здесь К1 = 1 при точном учете условий работы детали, К1 = 1,4 – 1,65 при недостаточно точном; К2 = 1 – 2,2 учитывает влияние выточек и других концентраторов; К3 = 1,15 для крупных и сложных деталей. 6 Запасы прочности пластмасс регулярное n = вв/ [ ] 2,5-3,5 4 - 6 2,5-3,5 4 - 6 n .всж = = . - 2,5 - 3 - всж / [] 2 – 3 Нагружение n = ТТ/ [ ] 1,5 - 2 - 1,2 – 2 - периодическое −1 [ ]/ n = 2 – 3 (2-3)К* 3 - 4 (3 – 4)К* 70 55 60 55 50 70 80 75 100 65 70 60 120 100 120 120 110 100 65 95 60 30 35 - 35 18 22 18 35 60 35 50 40 45 40 33 50 60 55 75 48 230 300 230 150 200 150 100 220 70 80 85 85 90 70 15 10 10 12 8 13 15 12,5 20 18 23,5 15 20 17 15 16 12,5 8 12 контактная [σ]к 7,5 7 6 7 8 6 7 7 7 6 10 8 12 4 5; 2,5 6 - 4,5 3 5,5 5 [σ]в.сж [σ]в [σ]и σ σ σ σ σ σ σ σ
Стр.7
Таблица 1.5 Предел прочности пластмасс после 1000 ч испытаний Предел прочности Вид Материал Стеклотекстолит на основе эпоксидной смолы То же Стеклотекстолит на основе полиэфирной смолы То же Стеклотекстолит на основе фенольной смолы То же Фенольный бумажный пластик То же Текстолит на основе фенольной смолы Аминопласт с целлюлозным волокном Полиметилметакрилат (оргстекло) Фенопласт с асбестом Фенопласт с древесной мукой Фенолформальдегидная смола Целлулоид Полистирол Оргстекло Поливинилхлорид нагружени я Растяжение Изгиб Изгиб Изгиб Изгиб Изгиб Растяжение Растяжение Растяжение Растяжение Растяжение Растяжение Растяжение Растяжение Растяжение Растяжение Растяжение Растяжение при нагружении, МПа кратковременном σв 379 499 350 430 540 580 121 123 121 53,5 63,5 41,5 45,5 65 - - - - длительном σд 273 336 230 280 330 330 80,5 80,5 80,5 360 28,5 15,5 16 15 45 25 20 3,5 Коэффицие нт запаса прочности (σд/σв)100% 72 72 66 65 61 67 67 65 67 67 43 37 36 23 - - - - крышки, снеговой нагрузки, гидростатического давления и ветровой нагрузки. Несущие конструкции представляют в виде решетки, состоящей из стоек и поясов, стойки работают на изгиб, а пояса – на растяжение. Плоские элементы ограждающей конструкции выполняют в виде цилиндрических панелей. Горизонтальные подземные цилиндрические сосуды рассчитываются на прочность, жесткость и усталость при действии гидростатического давления или постоянного газового давления, нагрузки от грунта (нормальной и касательной) и реакции опор. Прочность сосуда определяется кольцевым изгибающим моментом, жесткость - радиальным перемещением, устойчивость – кольцевым меридиональным усилием. В химическом и пищевом машиностроении из пластмасс изготовляют различную аппаратуру и детали. Кроме того, пластмассы используют для покрытий и футеровки. Коэффициент запаса по пределу длительной прочности 7
Стр.8
принимают для емкостной аппаратуры nτ = 3, а для аппаратуры, работающей под давлением, nτ = 3,5. Коэффициент запаса прочности для срока службы 105 ч для емкостной аппаратуры равен nр = 5,2; для аппаратуры, работающей под давлением, np= 6. Выбор конструкционного материала из пластмасс зависит от агрессивных свойств среды и определяется по коэффициенту уменьшения времени до разрушения (Кτ). Материал считают применимым в данной среде при Кτ > 0,1, этому значению соответствует Кσ = 0,5. Пробное давление определяется Рпр = К 1.2. ОСЕСИММЕТРИЧНЫЕ ОБОЛОЧКИ р Р раб , где К = 1,1 для сосудов под налив, К = 1,25 для аппаратов, работающих под давлением; σр – предел временной прочности, στ – предел длительной прочности. Для аппаратуры, работающей под давлением, при р = 0, 5, Рпр = 2,5Рраб. Расчет толщины стенки и днища аппарата из винипласта (в условиях статических нагрузок) производят по формулам: а) для цилиндрической обечайки S = 2,3 [] − + P D ⋅ б) для конического днища S = P D ⋅ 2,3 [] cos в) для эллиптического днища S =1 4 [] − ⋅ P D ⋅ г) для полушарового днища [] S =1 4 P D ⋅ − + P 2h C , + D Р C , []= P []= + P 4S [ ] D S D D Sh S 8 1[ ] + 2 . ⋅ D h ; (1.3) (1.4) Формула (1.1) применима при S/D ≤ 0,5; формула (1.2) – при S/D≤1/2cosα, формулы (1.3 и 1.4) – при S/D ≤ 0,25. Коэффициент прочности сварного шва φ = 0,5 для Х – образного шва; φ = 0,35 для V – образного шва; φ = 1,0 для цельных труб. Прибавка С,м, назначается для округления расчетной толщины листа до стандартной, с учетом минусового допуска по ГОСТ 9639-71. Критическую нагрузку для обечайки, укрепленной ребрами жесткости, принимают равной наименьшему из трех значений нагрузок: для гладкой длинной, равной шагу ребер жесткости для ребра жесткости, для оболочки в целом. 8 p C , − + P C , []= P 2,3S []= P [ ] D S + ; 2,3[ ] cos + D S ; (1.1) (1.2) σστ σστ σ ϕ σ ϕ σ σ ϕ σ ϕ σ ϕ σ ϕ ϕ ϕ α σ ϕ
Стр.9
на рис. 1.1. Пример конструктивного оформления ребер и колец жесткости приведен Критическое наружное давление, сплющивающее цилиндрическую сварную пластмассовую оболочку, определяется по формуле: 3 Р = − 1 2Е S 2 ⎝ ⎛ ⎜ ⎜ Dср ⎠ ⎞ ⎟ ⎟ . (1.5) а) б) Рис. 1.1. Типовые ребра и кольца жесткости: а - для стенки прямоугольного резервуара: 1- стенка резервуара; 2 – ребро жесткости из стеклопластика; 3 – подкладка (пенопласт, балза, картон); 4 – металлический уголок, покрытый стеклопластиком; 5 – уголок из стеклопластика; б - для стенки цилиндрического резервуара: 1 – стенка; 2 – кольцо жесткости из стеклопластика; 3 – стальная полоса; 4 – пенополиуретан; 5 – бумажная веревка или толстый канат из стекловолокна. формуле: Момент инерции кольца жесткости, см4, может быть найден по = ⋅ J R P m l 3 k ⋅ E k ⋅ , (1.6) где Rk – радиус нейтральной линии кольца, см; m – коэффициент устойчивости (m = 4,6); l – расстояние между кольцами жесткости, см, определяют по формуле: l ≤ P m D S) 2,59E D ⋅ ( k ⋅ / температуры приведены в таблице 1.6. 9 0, 5 , (1.7) где S – толщина кольца, см. Допускаемые напряжения для винипласта в зависимости от рабочей μ
Стр.10

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
.