6. Конструктивный расчет

Число нагревательных трубок диаметром 382, высотой 4 м:

n = F/d_cpL

где d_cp = 0,036 м – средний диаметр трубки.

n = 315/0,0364,0 = 696 шт.

Площадь суммарного сечения всех кипятильных трубок:

f_тр = 0,785nd_вн² = 0,7856960,034² = 0,63 м².

Площадь сечения циркуляционной трубы:

f_ц = 0,3f_тр = 0,30,63 = 0,189 м².

Диаметр циркуляционной трубы:

d_ц = (f_ц/0,785)^0,5 = (0,189/0,785)^0,5 = 0,491 м.

Принимаем d_ц = 500 мм.

Диаметр греющей камеры:

,

где  = 1,25 – коэффициент шага трубок;

 = 60 – при размещении труб по вершинам правильных треугольников;

 = 0,7 – коэффициент использования трубной решетки;

d_н = 0,038 м – наружный диаметр трубок;

А = 0 – при отсутствии в трубной решетке отверстия для циркуляционной трубы.

D = (0,41,25²sin603150,038/0,74)^0,5 = 1,52 м.

Принимаем диаметр корпуса греющей камеры 1600 мм.

Толщина обечайки:

 = DP/2 +C_к

где D = 1,6 м – диаметр греющей камеры аппарата;

P = 0,145 МПа – давление греющего пара;

 = 138 МН/м² – допускаемое напряжение для стали [2 c.76];

 = 0,8 – коэффициент ослабления из-за сварного шва [2 c.77];

C_к = 0,001 м – поправка на коррозию.

 = 1,60,145/21380,8 + 0,001 = 0,003 м.

Согласно рекомендациям [3 c.24] принимаем толщину обечайки  = 10 мм.

Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 – 78 [3 c.25], толщина стенки днища ₁ = = 10 мм.

1600

Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ОСТ 26–428–79 [3 c.25]:

Максимальная масса аппарата:

G_max = G_a + G_в,

где G_a = 21000 кг – масса аппарата,

G_в – масса воды заполняющей аппарат.

G_в = 10000,785D²H = 10000,7851,6²15,0 = 30144 кг,

где Н = 15,0 м – высота аппарата.

G_max = 21000 + 30144 = 51144 кг = 0,50 МН.

Принимаем, что аппарат установлен на 4 опорах, тогда нагрузка приходящаяся на одну опору:

G_оп = 0,50/4 = 0,125 МН.

Выбираем опору с допускаемой нагрузкой 0,16 МН, конструкция которой приводятся на рисунке:

Диаметр штуцеров рассчитывается по формуле:

d = ,

где G – массовый расход теплоносителя,

 - плотность теплоносителя,

w – скорость движения теплоносителя в штуцере.

Принимаем скорость жидкости в штуцере w = 1 м/с, а для пара w = 25 м/с, тогда

диаметр штуцера для входа греющего пара:

d₁ = (4,40/0,785250,84)^0,5 = 0,516 м,

принимаем d₁ = 500 мм.

диаметр штуцера для выхода конденсата:

d₁ = (4,40/0,7851951)^0,5 = 0,077 м,

принимаем d₁ = 80 мм.

диаметр штуцера для входа раствора:

d₁ = (5,56/0,78511025)^0,5 = 0,083 м,

принимаем d₁ = 80 мм.

диаметр штуцера для выхода раствора:

d₁ = (1,39/0,78511196)^0,5 = 0,038 м,

принимаем d₁ = 40 мм.

Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80, конструкция и размеры которых приводятся ниже:

dусл	D	D2	D1	h	n	d
40	130	100	80	13	4	14
80	185	150	128	18	4	18
500	620	580	544	25	20	18

Расчет тепловой изоляции. В качестве материала тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезии + 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности _и = 0,09 Вт/мК. Принимаем температуру наружной поверхности стенки t_ст.в.=40 С; температуру окружающей среды t_в = 18 С, тогда толщина слоя изоляции:

,

где _в – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции в окружающую среду:

_в = 9,3+0,058 t_ст.в. = 9,3+0,05840 = 11,6 Вт/м²К.

_и = 0,09(110,3-40)/11,6(40-18) = 0,025 м.

Принимаем толщину тепловой изоляции 30 мм.

Расчет диаметра сепаратора. Принимаем диаметр сепаратора равным D_c = 2,4 м, тогда скорость пара в сепараторе:

w_п = W/_п0,785D_c² = 4,17/0,840,7852,4² = 1,1 м/с.

Критерий Рейнольдса:

Re = w_пd_к_п/_п,

где d_к = 0,3 мм – диаметр капли;

_п = 1,210^-5 Пас – вязкость пара [1 с.557];

Re = 1,10,310^-30,84/1,210^-5 = 23,1.

Коэффициент сопротивления:

 = 18,5/Re^0,6 = 18,5/23,1^0,6 = 2,82.

Скорость витания капли

,

w_вит = [49,8(1196 – 0,84)0,310^-3/32,820,84]^0,5 = 1,4 м/с.

Так как w_п < w_вит, то капли раствора будут оседать под действием силы тяжести, поэтому увеличивать диаметр сепаратора нет необходимости.