3.3. Расчет толщины днища и крышки теплообменника.

Для цилиндрических аппаратов, диаметр которых меньше 4 м, применяют эллиптические днища и крышки (рис. 2). Толщину стенки эллиптического днища определяют в его вершине, где поверхность имеет небольшой радиус кривизны по формуле [7, с. 61]:

Для стандартных днищ: R = D_в; h_в = 0,25D_в= 0,15 м, где D_в = 0.6 м – внутренний диаметр аппарата; толщина стенки стандартных днищ близка к толщине стенки цилиндрической обечайки.

Принимаем толщину стенки крышки и днища равную толщине обечайки S = 4 мм.

Рисунок 6: Эллиптическое днище.

Таким образом, выбираем эллиптические отбортованные днище и крышку по ГОСТ 6533-98, выполненные из стали марки 12Х18Н10Т. Характеристики данной конструкции приведены в таблице 4.

Таблица 4: Основные конструктивные характеристики [8]

Характеристики	Значение
Диаметр кожуха аппарата Dв, мм	600
Толщина днища S, мм	4
Высота закругленной поверхности hв, мм	150
Высота плоской поверхности днища , мм	25
Емкость днища	35,2
Внутренняя поверхность днища и крышки	0,44
Масса крышки и днища, кг	13,9

Проверяем условие применимости толщины для эллиптических днищ по формуле [1, с. 48]:

Окончательно принимаем исполнительную толщину эллиптического днища S = 4 мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитывается по формуле [1, с. 48]:

Где – внутренний радиус кривизны в вершине днища.

3.4. Расчет и подбор штуцеров.

Присоединение труб к химическим аппаратам бывает разъемное и неразъемное. Первое осуществляется в основном с помощью фланцев или на резьбе, второе — на сварке или пайке.

Кроме труб к аппаратам часто присоединяется всевозможная арматура (вентили, задвижки, краны, клапаны и т. д.), а также различные измерительные приборы (термометры, манометры, уровнемеры и т. д.). В большинстве случаев трубы и особенно арматура и измерительные приборы имеют разъемное присоединение к аппаратам, что обусловливается главным образом удобством их осмотра, ремонта и замены.

Для разъемного присоединения труб, арматуры и измерительных приборов на аппарате обычно предусматриваются штуцера (патрубки) фланцевые или резьбовые. Наибольшим распространением пользуются фланцевые штуцера для присоединения труб, арматура и приборов с мм, а резьбовые штуцера — с мм.

При конструировании аппаратов штуцера следует принимать нормализованные. В случаях отсутствия нормали на штуцера, последние принимают по конструктивным соображениям. При этом рекомендуется: в изолируемых аппаратах вылет штуцеров принимать из расчета, чтобы фланцевое или резьбовое соединение штуцера было бы за пределами изоляции аппарата с целью доступа к этим соединениям для осмотра и подтяжки; в неизолируемых аппаратах вылет штуцеров принимать из расчета заводки болтов или шпилек со стороны аппарата (во фланцевых штуцерах), что часто диктуется удобством сборки. Данное условие не является обязательным, поскольку во многих 34 случаях заводить болты возможно и в сторону аппарата, что позволяет уменьшить величину вылета штуцеров.

Диаметр условного прохода (внутренний диаметр) штуцеров для подвода и отвода теплоносителей рассчитывается [1, с. 33]:

где G – расход перекачиваемой среды, кг/с; ρ – плотность перекачиваемой среды, кг/м3; 𝜔_шт – скорость течения теплоносителя в штуцере, для маловязких жидкостей ≈ 1,0 м/с, для насыщенного пара при давлении 0,2 – 0,5 МПа ≈ 40 м/с.

Рисунок 7: Конструкция присоединения малых штуцеров к стенкам сварных и паянных аппаратов

Внутренний диаметр штуцера (диаметр условного прохода) для пара раствора органической жидкости (ацетона) примем 0,3 м из расчетов на с. 20 настоящей работы.

По результатам расчетов примем стандартное значение диаметров штуцеров с учетом диаметра условного прохода 0,3 по ГОСТу 12820-80 [9]. Диаметр условного прохода больше 10 мм, следовательно, выбираем штуцер с фланцевым соединением при диаметре условного прохода D_у = 300 мм, с условным давлением Р_у до 1,6 МПа, типа 1, исполнения 1 (с соединительным выступом), фланец из стали 12Х18Н10Т, патрубок из стали 12Х18Н10Т [13].

Таблица 5: Основные конструктивные характеристики штуцера с фланцами стальными, плоскими, приварными для выхода паров ацетона.

		b	D			h	d	l	H	S	n		Масса
мм												шт		кг
300	325	28	460	410	370	6	22	180	190	10	12		17,78

Внутренний диаметр штуцера (диаметр условного прохода) раствора органической жидкости (ацетона) примем 0,05 м из расчетов на с. 20 настоящей работы.

По результатам расчетов примем стандартное значение диаметров штуцеров с учетом диаметра условного прохода 0,05 м по ГОСТу 12820-80 [9]. Диаметр условного прохода больше 10 мм, следовательно, выбираем штуцер с фланцевым соединением при диаметре условного прохода D_у = 50 мм, с условным давлением Р_у до 0,6 МПа, типа 1, исполнения 1 (с соединительным выступом), фланец из стали 12Х18Н10Т, патрубок из стали 12Х18Н10Т [13].

Таблица 6: Основные конструктивные характеристики штуцера с фланцами стальными, плоскими, приварными для входа ацетона.

		b	D			h	d	l	H	S	n		Масса
мм												шт		кг
50	59	13	140	110	90	3	14	160	170	10	4		1,33

Рисунок 8: Чертеж фланцевого соединения.

Внутренний диаметр штуцера для пара горячего теплоносителя, т.е. водяного пара:

По результатам расчетов примем стандартное значение диаметров штуцеров с учетом диаметра условного прохода по ГОСТу 12820-80 [9]. Диаметр условного прохода больше 10 мм, следовательно, выбираем штуцер с фланцевым соединением при диаметре условного прохода D_у = 250 мм, с условным давлением Р_у до 1,6 МПа, типа 1, исполнения 1 (с соединительным выступом), фланец из стали 12Х18Н10Т, патрубок из стали 12Х18Н10Т [13].

Таблица 7: Основные конструктивные характеристики штуцера с фланцами стальными, плоскими, приварными для входа и выхода ацетона.

			b	D			h	d	l	H	S	n	Масса
мм												шт	кг
250	405	273	28	355	320	312	3	18	150	160	10	12	14,49

Внутренний диаметр штуцера для выхода конденсата:

Внутренний диаметр штуцера (диаметр условного прохода для выхода конденсата примем 0,05 м.

По результатам расчетов примем стандартное значение диаметров штуцеров с учетом диаметра условного прохода 0,05 м по ГОСТу 12820-80 [9]. Диаметр условного прохода больше 10 мм, следовательно, выбираем штуцер с фланцевым соединением при диаметре условного прохода D_у = 50 мм, с условным давлением Р_у до 0,6 МПа, типа 1, исполнения 1 (с соединительным выступом), фланец из стали 12Х18Н10Т, патрубок из стали 12Х18Н10Т [13].

Таблица 8: Основные конструктивные характеристики штуцера с фланцами стальными, плоскими, приварными для выхода конденсата.

		b	D			h	d	l	H	S	n		Масса
мм												шт		кг
50	59	13	140	110	90	3	14	180	190	10	4		1,33