P O L I T E CH N I K A P O Z N A C
S K A
Wydział Technologii Chemicznej
Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej
Zakład Inżynierii i Aparatury Chemicznej
PROJEKT ZBIORNIKA
Nr projektu Data oddania
Rok akademicki Rok studiów
89/TC/ZB/2014 13.01.2015.
2014/2015 II
Wykonał Sprawdził Zwrot Ocena
TEMAT PROJEKTU
Zaprojektować zbiornik cylindryczny z dennicami elipsoidalnymi o pojemności
16m3 przeznaczony do stężonego kwasu octowego. Urządzenie pełni funkcję
zbiornika buforowego w ciÄ…gu technologicznym. Pozycja pracy pozioma.
Zbiornik umieszczony będzie na podporach na fundamencie. Ze względu na
warunki zabudowy należy przyjąć stosunek wymiarów H/DH"2,.
CiÅ›nienie wewnÄ™trzne wynosi 7 bar abs., a temperatura robocza 20°C.
UWAGI
1
I. CHARAKTERYSTYKA TECHNICZNA APARATU.
II. SZKIC POGL
DOWY ZBIORNIKA.
III. OBLICZENIA
1. Obliczenie głównych wymiarów zbiornika.
1.1 Obliczenie objętości zbiornika
1.2 Obliczenie wewnętrznej średnicy powłoki walcowej
1.3 Obliczenie długości części cylindrycznej.
2. Obliczenie płaszcza zbiornika.
2.1 Obliczenie ciśnienia hydrostatycznego.
2.2 Obliczenie ciśnienia obliczeniowego.
2.3 Określenie współczynnika wytrzymałościowego szwu dla złącza doczołowego
dwustronnego.
2.4 Obliczenie naprężeń dopuszczalnych
2.5 Obliczenie grubości ścianki
2.6 Obliczenie rzeczywistej grubości ścianki powłoki walcowej.
3. Obliczenie i dobór dennic.
3.1 Obliczenie wartości hz/Dz.
3.2 Obliczenie wartoÅ›ci współczynnika É
3.3 Określenie współczynnika kształtu dna yw
3.4 Obliczenie naprężeń dopuszczalnych dennicy.
3.5 Obliczenie grubości ścianki dna wyoblonego.
3.6 Obliczenie rzeczywistej grubości ścianki dna wyoblonego.
4. Wyznaczenie największej średnicy otworu w płaszczu zbiornika i dennicy nie
wymagajÄ…cej wzmocnienia.
4.1 Obliczenie współczynnika wytrzymałościowego powłoki osłabionej otworem.
4.2 Wyznaczenie największej średnicy otworu w płaszczu zbiornika nie wymagającej
wzmocnienia.
4.3 Obliczenie współczynnika wytrzymałościowego dennicy osłabionej otworem.
4.4 Wyznaczenie największej średnicy otworu w dennicy nie wymagającej
wzmocnienia.
5. Dobór kołnierza do płaszcza zbiornika.
6. Dobór włazu do płaszcza zbiornika.
6.1 Określenie wzmocnienia otworu włazu.
7. Dobór króćców.
2
7.1 Dobór króćca odpływowego i dopływowego.
7.2 Dobór króćca pomiarowego.
7.3 Dobór króćca do zaworu bezpieczeństwa.
8. Obliczenie masy zbiornika
8.1 Obliczenie pojemności części cylindrycznej
8.2 Obliczenie długości płaszcza zbiornika.
8.3 Obliczenie masy pustego zbiornika.
8.4 Obliczenie masy kwasu octowego zawartego w zbiorniku
8.5 Obliczenie masy zbiornika napełnionego kwasem octowym.
9. Wyznaczenie całkowitej długości zbiornika.
10. Dobór łap podporowych.
IV LITERATURA
V SPIS OZNACZEC

VI RYSUNEK OFERTOWY
3
I CHARAKTERYSTYKA TECHNICZNA APARATU
Zbiornik jest urządzeniem pełniącym funkcję urządzenia buforowego w ciągu
technologicznym, przeznaczonym do stężonego kwasu octowego w temperaturze 20 °C i
ciśnieniu wewnętrznym 7 bar abs. Projektowany zbiornik zbudowany jest z cylindrycznego
płaszcza i dwóch den elipsoidalnych. Dla umożliwienia oczyszczenia zbiornika z
osadzających się zanieczyszczeń oraz okresowych prac konserwacyjnych w dennicy zbiornika
znajduje się właz. Do zbiornika przyspawano króćce: wlotowy, wylotowy, 1 króciec
pomiarowy i 1 bezpieczeństwa. Zbiornik pracuje w pozycji poziomej, umieszczony zostanie
na podporach na fundamencie. Większość elementów aparatu zostało wykonane ze stali
0H18N9. Jest jednym z najpopularniejszych gatunków stali nierdzewnej kwasoodpornej,
może być stosowany w bardzo szerokim zakresie.
II SZKIC POGL
DOWY ZBIORNIKA
4
III OBLICZENIA
Dane Obliczenia Wyniki
1. Obliczenie głównych wymiarów zbiornika.
Vrob = 16 m3 1.1 Obliczenie objętości zbiornika Vzb=19,2m3
Vzb=1,2Vrob
Vzb =1,2·16m3=19,2m3
H/D=2 1.2 Określenie wewnętrznej średnicy powłoki Dw=2,400m
Vzb=19,2m3 walcowej.
x=2
3
Dw= "4"5ØIÜ5ØgÜ5ØOÜ
5Øß"5ØeÜ
x=H/D
3
3
"4"19,25ØZÜ
Dw=
3,14"2
Przyjęto średnicę 2,400m zgodną z normą BN-
64/2201-05
2. Obliczenie płaszcza zbiornika
qkw=1050kg/ 2.1 Obliczenie ciśnienia hydrostatycznego ph=24721,2N/
m3 ph=qkwgh m2
g=9,81m/s2 ph=1050kg/m3·9,81m/s2·2,400m=
h=Dw=2,400m =24721,2N/m2
p=7bar abs. 2.2 Obliczenie ciśnienia obliczeniowego pow=624721,2
pw=600000N/ pow=pw+ph N/m2
m2 pow=600000N/m2+24721,2N/m2=624721,2N/m2
ph=24721,2N/
m2
zdop=0,8 2.3 Określenie współczynnika wytrzymałościowego z=0,8
szwu dla złącza doczołowego dwustronnego.
z=1,00*zdop
z=1,00*0,8=0,8
Re=2,20*107N 2.4 Obliczenie naprężeń dopuszczalnych k=12*107N/m
2
/m2 Przyjęto stal 0H18N9 odporną na działanie
T=20 stężonego kwasu octowego.
xe=1,65
k=5ØEÜ5ØRÜ*Ä…
5ØeÜ5ØRÜ
Ä…=0,9
7
k=2,20"10 5ØAÜ/5ØZÜ2*0,9=12*107N/m2
1,65
Dane Obliczenia Wyniki
Dw=2,400m 2.5 Obliczenie grubości ścianki
5
a=1 go=0,00681m
go=2,35Ø7Ü5ØdÜ"5Ø]Ü5Ø\Ü5ØdÜ
z=0,8 "5ØXÜ"5ØgÜ-5Ø]Ü5Ø\Ü5ØdÜ
5ØNÜ
pow=624721,2
N/m2
Dla stosunku ²=5Ø7Ü5ØgÜ d"1,4 współczynnik a=1
5Ø7Ü5ØdÜ
k=12*107N/m
2
go= 2,3 2,45ØZÜ"624721,25ØAÜ/5ØZÜ2 = 0,00681m
"12"107"0,8-624721,25ØAÜ/5ØZÜ2
1
2.6 Obliczenie rzeczywistej grubości ścianki
go=0,00681m powłoki walcowej
c1=0,0006m g=0,008m
Ä = 5lat g=go+c
s=0,0001m/ro c=c1+c2+c3
k c2=s*Ä
c3=0 Przyjęto
c1=0,006m
Ä = 5 lat
s=0,0001m/rok
c3=0, gdyż nie przewiduje dodatkowych naprężeń
c2=0,0001 m/rok*5lat=0,0005m
g=g0+c1+c2+c3
g=0,00681m+0,0006m+0,0005m=0,00791m
Przyjęto
g=0,008m zgodnie z zalecanym szeregiem grubości blach
wg BN-65/2002-02
3. Obliczenie i dobór dennic
!
Dw=2,400m
3.1 Obliczenie wartoÅ›ci 5Ø7Ü5ØgÜ
5ØgÜ
hw=0,600m hz=0,612m
hz=hw+g
g=0,012m Dz=2,424m
Dz=Dw+2g
!5ØgÜ
= 0,25
Grubość dennicy przyjęto szacunkowo
5Ø7Ü5ØgÜ
g=0,012m
hz=0,600m+0,012m=0,612
Dz=2,400m+2*0,012m=2,424m
!5ØgÜ
= 0,6125ØZÜ = 0,252 H"0,25
5Ø7Ü5ØgÜ 2,4245ØZÜ
3.2 Obliczenie wartoÅ›ci współczynnika É
g=0,012m É = 2
5ØQÜ
Dz=2,424m
É = "5Ø7Ü
5ØgÜ"5ØTÜ
d=0,2424m
W dennicach przewidziano otwór o średnicy
d=0,1Dz
0,24245ØZÜ
É = "2,4245ØZÜ"0,0125ØZÜ = 1,42 H" 2
3.3 Określenie współczynnika kształtu dna yw
!5ØgÜ !
yw=3,21
=0,25 Z tablic można odczytać, że współczynnik yw dla 5Ø7Ü5ØgÜ =0,25 i
5Ø7Ü5ØgÜ
5ØgÜ
É = 2 É=2 wynosi yw=3,21
Dane Obliczenia Wyniki
3.4 Obliczenie naprężeń dopuszczalnych dennicy
6
 k=14,143*107
Re=22*107N/ N/m2
k=5ØEÜ5ØRÜ*Ä…
5ØKÜ5ØRÜ
m2
xe=1,4
7
Ä…=0,9 k=22"10 5ØAÜ/5ØZÜ2*0,9=14,143*107 N/m2
1,4
3.5 Obliczenie grubości ścianki dna wyoblonego
Dz=2,424m go=0,01074m
go= 5Ø7Ü5ØgÜ"5Ø]Ü5Ø\Ü5ØdÜ"5ØfÜ5ØdÜ
4"5ØXÜ"5ØgÜ
pow=624721,2
N/m2
2,4245ØZÜ"624721,25ØAÜ"3,21
5ØZÜ2
yw=3,21
go= = 0,01074m
4"14,143"107 5ØAÜ "0,8
k=14,143*107
5ØZÜ2
N/m2
z=0,8
3.6 Obliczenie rzeczywistej grubości ścianki dna
go=0,001074m wyoblonego.
c1=0,0006m g=go+c g=0,012m
Ä = 5 lat c=c1+c2+c3
s=0,0001 c2=s*Ä
m/rok Przyjęto
c3=0 c1=0,0006m
Ä = 5 lat
s=0,0001 m/rok
c3=0, gdyż nie przewiduję dodatkowych naprężeń
c2=0,0001 m/rok*5lat=0,0005 m/rok
g=go+c1+c2+c3
g=0,01074m+0,0006m+0,0005m=0,01184m
Przyjęto g=0,012m zgodnie z BN-65/2002-02
4. Wyznaczenie największej średnicy otworu w
płaszczu zbiornika i dennicy nie wymagającej
wzmocnienia
4.1 Obliczenie współczynnika wytrzymałościowego
pow=624721,2 powłoki osłabionej otworem zr=0,727
N/m2
Dw=2,400m
zr=5Ø]Ü5Ø\Ü5ØdÜ"(5Ø7Ü5ØdÜ+5ØTÜ-5ØPÜ2)
2,3
g=0,008m
"5ØXÜ"(5ØTÜ-5ØPÜ2)
5ØNÜ
c2=0,0005m
a=1
5ØAÜ
624721,2 "(2,4005ØZÜ+0,0085ØZÜ-0,0055ØZÜ)
5ØZÜ2
k=12*107
zr= =
2,3
"12"1075ØAÜ/5ØZÜ2(0,0085ØZÜ-0,0005)
N/m2
1
0,727
4.2 Wyznaczenie największej średnicy otworu w
płaszczu zbiornika nie wymagającej
Dw=2,400m wzmocnienia
g=0,008m
c2=0,0005m Największa średnica otworu w powłoce walcowej nie d=0,14m
7
zr=0,727 wymagające wzmocnienia równa się najmniejszej z trzech
Dz=2,424m podanych wartości:
d= 0,81*3 5Ø7Ü5ØdÜ " (5ØTÜ - 5ØPÜ2)(1 - 5ØgÜ5Ø_Ü)
"
d=0,35*Dz
d=0,2m
d=0,81*3 2,4005ØZÜ(0,0085ØZÜ - 0,00055ØZÜ)(1 - 0,727) =
"
0,14m
d=0,35*2,424m=0,85m
d=0,2m
Średnica największego niewzmocnionego otworu w
płaszczu zbiornika może wynosić d=0,14m
4.3 Obliczenie współczynnika wytrzymałościowego
osłabionej otworem zr=0,403
pow=624721,2
5Ø]Ü5Ø\Ü5ØdÜ"(Dw+g-c2)
N/m2
zr=
2,3
Dw=2,400m
"5ØXÜ"(5ØTÜ-5ØPÜ2)
1
g=0,012m
c2=0,0005m
5ØAÜ
624721,2 "(2,4005ØZÜ+0,0125ØZÜ-0,00055ØZÜ)
5ØZÜ2
a=1
zr= = 0,403
75ØAÜ
2,3
"14,142"10 "(0,0125ØZÜ-0,00055ØZÜ)
k=14,143*107
1 5ØZÜ2
N/m2
4.4 Wyznaczenie największej średnicy otworu w
dennicy nie wymagajÄ…cej wzmocnienia. d=0,2m
Dw=2,400m Największa średnica otworu nie wymagająca wzmocnienia
g=0,012m równa się najmniejszej z trzech podanych wartości.
c2=0,0005m
zr=0,403
d= 0,81*3 5Ø7Ü5ØdÜ " (5ØTÜ - 5ØPÜ2)(1 - 5ØgÜ5Ø_Ü)
"
Dz=2,424m
d=0,35*Dz
d=0,2m
d=0,81*
3
( ) ( )
"2,4005ØZÜ " 0,0125ØZÜ - 0,00055ØZÜ " 1 - 0,403 =
0,2065ØZÜ
d=0,85m
d=0,2m
Średnica największego niewzmocnionego otworu w
dennicy zbiornika może wynosić d=0,2m
5. Dobór kołnierza do płaszcza zbiornika
Dnom=2,400m Dobrano kołnierz przypawany okrągły w szyjką o dz=2,42m
średnicy nominalnej Dw=2,400m wg PN-67/H- Dz=2,755m
74722 g=0,062m
Do=2,650m
do=0,058m
·ð Liczba Å›rub-12
D2=2,478m
·ð Gwint M52
H=0,170m
8
s=0,020m
D1=2,570m
f=0,006m
mk=826kg
6. Dobór włazu do płaszcza
Przyjęto właz rodzaju PZ ( z kołnierzem płaskim i
przyglÄ… zgrubnÄ…) odmiany N ( dla zakresu
temperatur od 0 C do 150 C)
Połączenie kołnierzowe włazu
·ð pnom=1,6 MPa
·ð Dnom=0,5m
·ð Liczba Å›rub = 12
·ð Uszczelka d=0,498 D=0,554m
·ð mwÅ‚=142 kg
Pokrywa włazu
·ð Dz=0,645m
·ð Do=0,585m
·ð g=0,036m
·ð do=0,030m
Króciec włazu
·ð rura dz=0,508m s=0,006m l=0,200m
6.1 Określenie wzmocnienia otworu włazu
Średnica otworu wyciętego w płaszczu wynosi
0,508m. Jest większa od d=0,14m więc wymaga
5ØQÜ5ØdÜ5ØgÜ5ØZÜ
wzmocnienia. Pole materiału straconego Fstr nie
e" 0,6485ØZÜ
powinno być większe od powierzchni przekroju
materiału wzmacniającego Fwzm
Fwzm e" Fwł
5Øß"5ØQÜ
2
5ØdÜÅ‚
Fwł=
4
2
Fwł=3,14"0,508 =0,203m
4
"5Øß"5Ø9Ü5ØdÜÅ‚
dwzm= + 5ØQÜ5ØdÜÅ‚ 2
4
dwzme""3,14"0,203 + 0,5082
4
5ØQÜ5ØdÜ5ØgÜ5ØZÜ e" 0,6485ØZÜ
7. Dobór króćców
7.1 Króciec pomiarowy
Przyjęto wg normy BN-75 2211-35
Dnom=0,025m
dz=0,030m
9
l=0,100m
g=0,012m
s=0,0036m
Dw=0,031m
Dz=0,100m
Do=0,075m
mkróć=0,98 kg
7.2 Króciec odpływowy i dopływowy
5ØIÜ5ØgÜ5ØOÜ
Änap=3600s
v=Ä
Vzb=19,2m3
5Ø[Ü5ØNÜ5Ø]Ü
w=1m/s
19,25ØZÜ3
v= =0,005 m3/s
36005Ø`Ü
4"5ØcÜ
dw="5Øß"5ØdÜ
3
dw="4"0,0055ØZÜ = 0,07985ØZÜ
3,14"15ØZÜ
5Ø`Ü
Przyjęto
Dn=0,08m
dz=0,0889m
l=0,120m
g=0,016m
s=0,0045m
Dw=0,090m
Dz=0,185m
Do=0,150m
Mkróć=3,89kg
7.3 Króciec do zaworu bezpieczeństwa
Przyjęto taki jak króciec odpływowy i dopływowy
8. Obliczenie masy zbiornika
8.1 Obliczenie pojemności części cylindrycznej.
Vzb=19,2m3 Vc=15,6m3
Vw=1,8m3 Vzb=Vc+2*Vw
Vc=Vzb-2*Vw
Vc=19,2m3-2*1,8m3=15,6m3
8.2 Obliczenie długości płaszcza zbiornika
( )
H=0,170m Hw=3,030m
Vc=5Øß" 5Ø;Ü5ØPÜ+25Ø;Ü+2!5ØPÜ+5Ø;Ü5ØbÜ5Ø`Ü5ØgÜ5ØPÜ5ØgÜ 5Ø7Ü5ØdÜ2
4
hc=0,040m
4"5ØIÜ5ØPÜ
Hw=5Øß"5Ø7Ü5ØdÜ2  2H-2hc-Huszcz
Dw=2,400m
Huszcz=0,002m
10
4"15,65ØZÜ3
Hw=3,14"2,425ØZÜ2  2*0,170m-2*0,040m-0,002m=3,030m
8.3 Obliczenie masy pustego zbiornika
qst=7850 mz=5198,38kg
kg/m3 mz=mp+2mk+2md+mwł+3mkróć1+mkróć2
Hw=3,030m
5Øß"(5Ø7Ü5ØgÜ2-5Ø7Ü5ØdÜ2)"5Ø;Ü5ØdÜ"5Ø^Ü5Ø`Ü5ØaÜ
Dw=2,400m
mp=
4
Dz= 2,424m
mk=826kg
3,14(2,42425ØZÜ2-2,40025ØZÜ2)"3,0305ØZÜ"78505ØXÜ5ØTÜ/5ØZÜ3
mwł=142kg
mp= =
4
md=615kg
2161,73 5ØXÜ5ØTÜ
mkróć1=3,89kg
mkróć2=0,98kg
mz=2161,73kg+2*826kg+2*615kg+142kg+3*3,89+
0,98kg=5198,38kg
8.4 Obliczenie masy kwasu octowego zawartego w
Vzb=19,2m3 zbiorniku. mkw=20160kg
qkw=1050kg/ mkw=Vzb*qkw
m3 mkw=19,2m3*1050kg/m3=20160kg
8.5 Obliczenie masy zbiornika napełnionego
kwasem octowym
mz=5198,38kg m=mz+mkw m=25358,38
mkw=20160kg m=5198,38kg+20160kg=25358,38kg kg
9. Wyznaczenie całkowitej długości zbiornika
Hw=3,030m Hcał=4,676m
H=0,170m Hcał=Hw+2H+Huszcz+2hc+2hz
Huszcz=0,002m
hc=0,040m Hcał=3,030m+2*0,170m+0,002m+2*0,040m+2*0,612m=
hz=0,612m 4,676m
10. Dobór łap podporowych
Do zbiornika poziomego należy zastosować 2 łapy o W=0,250m
podanych parametrach wg BN-64/2212-04 gc=0,01m
g1=0,005m
gw=0,005m
a=2,140m
b=0,350m
m=2,100m
n=0,650m
h=0,740m
c=0,170m
z=1,050m
g=0,010m
e1=1,9m
e2=0,290m
młapy=240kg
11
IV LITERATURA
·ð PikoÅ„ J.  Podstawy konstrukcji aparatury chemicznej. ; wydanie II; wyd. PWN;
Warszawa, 1979.
·ð Dudek A., A
aczek S.,  Zbiornik ciśnieniowy spawany  materiały pomocnicze do
projektu z podstaw konstrukcji ; wydanie III zmienione; wyd. PK; Kraków, 2006.
·ð PN-67/H-74722
·ð BN-64/2212-04
·ð BN-83/2211-25/02
·ð PN-66/M-35412
·ð BN-69/2002-02
·ð BN-75/2211-35
V SPIS OZNACZEC

a - współczynnik zależny od ²
ą - współczynnik
c - całkowity naddatek grubości blach [m]
c1 - naddatek grubości na minusową odchyłkę blachy [m]
c2 - naddatek grubości na korozję [m]
c3 - naddatek grubości ze względu na dodatkowe naprężenia [m]
d - średnica otworu w dennicy oraz największa średnica w płaszczu i dennicy nie wymagająca
wzmocnienia [m]
dz - średnica rury do dennicy [m]
Dw - wewnętrzna średnica płaszcza zbiornika (powłoki walcowej) [m]
Dz - zewnętrzna średnica płaszcza zbiornika (powłoki walcowej) [m]
Fstr - powierzchnia pola straconego (w płaszczu zbiornika) [m2]
Fwzm- pole materiału wzmocnionego [m2]
g  przyspieszenie ziemskie [m/s2]
g - rzeczywista grubość ścianki [m]
go - obliczeniowa grubość ścianki [m]
hc - wysokość części cylindrycznej pokrywy [m]
hw - wewnętrzna wysokość elipsoidalnej części dennicy [m]
hz- zewnętrzna wysokość elipsoidalnej części dennicy [m]
H - hipotetyczna wysokość powłoki walcowej i wysokość kołnierza [m]
Hcał - całkowita wysokość zbiornika [m]
Huszcz - grubość uszczelki przy kołnierzu
Hw - wysokość płaszcza zbiornika [m]
k - naprężenia dopuszczalne [N/m2]
l - wysokość króćca [m]
m - masa zbiornika wypełnionego kwasem octowym[kg]
md - masa dennicy [kg]
mk - masa kołnierza [kg]
mkróć - masa króćca [kg]
mp - masa płaszcza zbiornika [kg]
mw- masa włazu [kg]
mz - masa zbiornika [kg]
mkw - masa kwasu octowego w zbiorniku [kg]
młapy - masa przypadająca na jedną łapę podporową [kg]
12
p  ciśnienie absolutne [bar abs]
pow - wewnętrzne ciśnienie obliczeniowe [N/m2]
pw- ciśnienie wewnętrzne [N/m2]
ph- ciśnienie hydrostatyczne
Re - granica wytrzymałości [N/m2]
T - temperatura obliczeniowa [!]
Vzb - pojemność zbiornika [m3]
Vw - pojemność elipsoidalnej części pokrywy [m3]
Vc - pojemność cylindrycznej części zbiornika [m3]
v  szybkość napełniania [m3/s]
qst - gęstość stali [kg/m3]
qkw  gęstość kwasu octowego [kg/m3]
w- szybkość przepływu [m/s]
xe - współczynnik wg UDT
yw- współczynnik kształtu dna
z - współczynnik wytrzymałościowy
zdop- współczynnik określony przez zakład spawający
zr - współczynnik wytrzymałościowy powłoki oraz dennicy osłabionych otworem
² - współczynnik
Ä- zakÅ‚adany czas pracy zbiornika [lata]
Änap- czas napeÅ‚niania zbiornika[s]
É - współczynnik
VI RYSUNEK OFERTOWY
13