Temat : Projekt zbiornika ciśnieniowego pionowego.

Projektował : Waldemar Woźniak

Bydgoszcz 2000

I. Dane:

• ciśnienie; p = 1,9 MPa

• objętość; V = 29 m³

• medium; kwas octowy - gęstość : 1057,5 kg/m³

II. Wymagania:

• obliczenia wytrzymałościowe

• rysunek złożeniowy

III. Tok obliczeń:

• wyznaczenie ciśnienia obliczeniowego „p_ow”

• obliczenie grubości ścianki cylindrycznej (walcowej) „g₀”

• obliczenie grubości ścianek dna dolnego:

1. obliczenie grubości ścianek na wyobleniu

• obliczenie grubości ścianki górnego dna wyoblonego

• dobór kołnierzy do zbiornika

• dobór włazu

• obliczenie króćca spustowego (ze względu na czas wypływu)

• dobór króćców:

1. dopływowego

2. odpływowego

3. odpowietrzającego

• obliczenie największej średnicy otworu, nie wymagającej wzmocnienia

• wnioski dotyczące wzmacniania otworów

• dobór podpór

III. Oznaczenia:

p_ow - ciśnienie obliczeniowe; [Pa]

p_rw - ciśnienie robocze; [Pa]

p_h - ciśnienie hydrostatyczne; [Pa]

g - przyśpieszenie ziemskie; [m/s²]

D_z - średnica zewnętrzna; [m]

D_w - średnica wewnętrzna; [m]

k - naprężenie dopuszczalne na rozrywanie; [Pa]

a - współczynnik

z - współczynnik wytrzymałościowy szwu

z_dop - współczynnik zakładu spawającego

t_os - temperatura obliczeniowa ścianki; [^oC]

R_e - wytrzymałość doraźna na zginanie

X_e - współczynnik bezpieczeństwa

ρ - gęstość medium; [kg/m³]

α - współczynnik

c - naddatek grubości; [m]

c₁ - naddatek grubości na minusową odchyłkę blachy; [m]

c₂ - naddatek grubości na korozję; [m]

c₃ - naddatek grubości ze względu na dodatkowe naprężenia pochodzące od ciśnienia; [m]

g₀ - obliczeniowa grubość ścianki; [m]

g - rzeczywista grubość ścianki; [m]

s - szybkość korozji; [m/rok]

t - czas pracy elementu; [lata]

A - powierzchnia lustra cieczy [m²]

A₀ - powierzchnia przekroju otworu wypływowego; [m²]

τ - czas wypływu; [s]

z_r - współczynnik wytrzymałości powłoki osłabionej otworami

m - całkowita; [kg]

m₀ - masa zbiornika; [kg]

m₃ - masa króćców; [kg]

m₄ - masa włazu z pokrywą; [kg]

m₆ - masa medium; [kg]

m_pł - masa płaszcza; [kg]

m_kł - masa kołnierzy; [kg]

Dane	Obliczenia	Wyniki
Medium; etylina 98 p = 1,9 MPa V = 29 m^3 Hw =3,080 m prw = 1,1 MPa Przyjmuję: ρ=1057,5 kg/m^3 Re =24∗10^7N/m^2 tos = 20^oC Xe =1,8 α = 1 Zdop=0,9 c1 = 0,0008m. c3 = 0 t = 10 lat s = 0,0002 mm g = 26mm Dw = 3,0 m. Rm = 40∗10^7 Dz = 3,052m k = 13,59∗10^7 pow = 1649899,3 Pa z = 0,72 c = 0,0028 m hd = 0,81 m Hz =0,824 m Dz = 3,052 m g = 0,026 m Lw = 4,81 m τ = 3600s φ = 0,62 Dw = 3,0 m. pow = 1649899,3 Pa c2 = 0,002 g = 0,026m. k = 13,59∗10^7 a = 1 Dz = 3,052m. c2 = 0,002m d = 0,4m Dotw = 0,433m c2 = 0,002m gw = 0,01m Dw = 3,0 m Dz = 3,052 m Lc = 4,81 m. ρ = 7900kg/m^3 Dotw = 0,433m g = 0,01m ρ = 7900kg/m^3 d = 0,05m g = 0,026m ρ = 7900kg/m^3 d = 0,02m V = 29m^3 ρ = 1057,5 kg/m^3	1.Dobór materiału. Do obliczeń przyjmuję stal St3S 2.Dobór wymiarów zbiornika. Przyjmuję wymiary wg BN-64/2221-08: Vnom. = 29 m^3Vd = 3,95 m^3 Vrzecz. = 32,2 m^3 Dw = 3000mm Fc = 37,7 m^2 hdmin. = 810 mm Fd = 10,4 m^2 Fw = 48,1 m^2hc = 4000 mm Vc = 28,3 m^3Hw = 4810 mm 3.Wyznaczenie ciśnienia obliczeniowego „pow” pow = prw + ph ph = Hw∗g∗ρ = 4,81 ∗ 9,81 ∗ 1057,5 = 49899,3 Pa pow = prw + ph = 1,9 ∗10^6 + 22177,7 = 1649899,3 Pa 4.Obliczanie grubości ścianki powłoki walcowej „g0” g0 = (Dw∗p.ow)/[(2,3k∗z/a)-p.ow] 4.1.Obliczanie naprężenie dopuszczalnych. Re przyjmuję z normy PN-61/H-84020 tos przyjmuję z normy PN-62/C60012 Re,to = Re∗1,019 - (0,09 tos/100) - 0,018(tos/100)^2 Re,to = 24,46∗10^7 N/m^2 Xe przyjmuję z normy DT/0-201/63 k = (Re,to/Xe) α = (24,46/1,8)∗1 = 13,59∗10^7 4.2.Obliczanie współczynnika wytrzymałościowego „z” Przyjmuję jednostronne złącze doczołowe bez podpawania; z = 0,8zdop z = 0,8∗0,9 = 0,72 4.3.Wyznaczanie współczynnika „a” Ponieważ β = (Dz/Dw)≤1,4; to a = 1,0 4.4.Obliczanie „g0” g0 = (3,0∗1649899,3)/[(2,3∗13,59∗10^7∗0,72) - 1649899,3] g0 = 0,02216 m. 4.5. Rzeczywista grubość ścianki „g” g = g0 + c c = c1 + c2 + c3 c2 = s∗t = 0,002 [m/rok] c = 2,8∗10^-3m g = 2,8∗10^-3 + 0,02216 = 0,02496 m Przyjmuję grubość blachy znormalizowaną wg normy BN-65/2001-02; g = 26 mm 4.6.Obliczanie grubości blachy ze względu na sztywność. gsztw = (Dz + 2,5) * 10^-3* 2,94 * 10^8/ Rm Dz = Dw + 2g Dz = 3,0 + 2∗0,026 = 3,052m gsztw = (3,052 + 2,5) * 10^-3∗(2,94∗10^8/40∗10^7) = 0,0041m. 0,026>0,0041 Warunek, że g> gsztw jest spełniony. 5.Obliczanie den wyoblonych. 5.1.Obliczanie grubości ścianki dna wyoblonego. g = (Dz∗pow∗yw/4∗k∗z) + c Hz/Dz =(hd + g)/Dz = (0,81 +0,026)/3,052 = 0,27 Dla den pełnych bez otworów; ω = 0 yw = 1,7 g = (3,052∗1649899,3∗1,7/4∗13,59∗10^7∗0,72) + 0,0028 g = 0,02463175m Wybieram dno eliptyczne toczone z blachy o grubości g = 26mm, wg normy BN-65/2002-02 Hz/Dz = (hd + g)/Dz = (0,824 + 0,026)/3,052 = 0,27 Hz = Dz * 0,27 = 0,824 m 5.2.Wymiary dna. Rw ≤ Dz Hz > 0,18∗Dz rw ≥ 0,1∗Dz ad. a) Rw = (Dz - 2g)^2/4(Hz - g) Rw = (3,052 - 2∗0,026)^2/4(0,824 - 0,026) Rw = 2,82 m. Rw ≤ Dz 2,82<3,052 ad. b) Hz > 0,18∗Dz 0,824>0,549 ad. c) rw = 2(Hz - g)^2/(Dz - 2g) rw = 2(0,824 - 0,026)^2/(3,052 - 2∗0,026) = 0,425 m rw ≥ 0,1∗Dz 0,425>0,0,3052 6.Dobór włazu. Dobieram właz; Dnom = 400mm, Dotw = 433mm, wg normy BN-83/2211-24016 7.Dobór króćców. 7.1.Króciec odpływowy. Zakładam maksymalny czas wypływu - 1 h AO = π∗Dw^2 * /2∗ϕ∗ *τ AO = 3,14∗(3,0)^2 /2*0,62* *3600 AO = 0,001045 m^2 d = = = 0,037 m Dobieram króciec odpływowy; dnom = 50mm, dla p = 2MPa wg, normy BN-75/2211-35 7.2.Króciec dopływowy. Dobieram króciec dopływowy taki sam jak odpływowy; dnom = 50mm, dla p = 2Mpa, wg normy BN-75/2211-35 7.3.Króciec odpowietrzający. Dobieram króciec odpowietrzający, dnom = 20mm, wg normy BN-75/2211-35 8.Obliczanie wzmocnień dla otworów w zbiorniku. 8.1.Wyznaczanie największej średnicy otworu nie wymagającej wzmocnienia. Największa średnica otworu w powłoce walcowej, nie wymagająca wzmocnienia równa jest najmniejszej z trzech podanych wartości: d = 0,81[Dw(g - c2)(1- zr)]^1/3 d = 0,35Dz d = 0,2 zr = pow(Dw + g - c2)/[(2,3/a)k(g - c2) zr = 1649899,3*(3,0 + 0,026 -0,002)/(2,3∗13,59∗10^7∗ ∗(0,026-0,002) zr = 0,665 ad. a) d = 0,81[3,0(0,026 - 0,002)(1 - 0,665)]^1/3 = 0,234 m ad. b) d = 0,35Dz = 1,068 m. ad. c) d = 0,2 Średnica największego nie wzmocnionego otworu w części walcowej może wynosić: d = 200 mm 8.2. Obliczenie wzmocnienia otworu włazu. Średnica otworu wyciętego w płaszczu wynosi d = 400mm Jest ona większa od d = 200mm, zatem wymaga ona wzmocnienia. gw = [(d + 2c2)/2πd]g gw = [(0,4 + 2∗0,002)/(2∗3,14∗0,4)]∗0,01 = 0,005567m. Przyjmuję znormalizowaną grubość blachy gw = 10mm Fwzm = (Dotw + 2c2)g/2 Fwzm = (0,433 +2∗0,002)∗0,01/2 = 0,00217m^2 Dwzm = Dotw + Fwzm /(gw - c2) Dwzm = 0,433 + /(0,01 - 0,002) = 0,75m 9.Obliczenie masy aparatu. M.c = mmed + mpust gdzie: mpust - masa pustego zbiornika mmed - masa medium 9.1.Masa pustego zbiornika. mpust = mcz. walcowej + 2mdennic + mwłazu + mkróćców - - (motw. króćców + motw. włazu) 9.1.1.Masa części walcowej bez otworów. m = (0,25πDz^2 - 0,25πDw^2)∗ρ∗Lc m = [0,25∗3,14∗(3,052)^2 - 0,25∗3,14∗(3,0)^2]∗7900∗4,81 m = 10973,762 kg 9.1.2.Masa dennic. Masę dennic przyjmuję; m = 2215 kg, wg normy PN-75/M.-35412 9.1.3.Masa włazu z pokrywą. Masę włazu z pokrywą przyjmuję; m = 78 + 38,9 m = 108,9 kg, wg normy BN-83/2211-2401 9.1.4.Masa króćców. Masę króćców przyjmuję; m = 2∗5 + 0,97 = 10,97 kg, wg normy BN-83/2211-2401 9.1.5.Masa otworu włazu. m = g[πDotw^2/4]ρ m = 0,01∗0,25∗3,14∗(0,433)^2∗7900 = 11,627 kg 9.1.6.Masa otworów króćców. a)masa otworów króćców: dopływowego i odpływowego m = g[πd^2/4]ρ m = 0,026∗0,25∗3,14∗(0,05)^2∗7900 = 0,403 kg b) masa otworu króćca odpowietrzającego m = g[πd^2/4]ρ m = 0,026∗0,25∗3,14∗(0,02)^2∗7900 = 0,065 kg mpust = 10973,762 + 2∗2215 + 108,9 +10,97 - (11,627 + + 0,065 + 2∗0,403) = 15511,134 kg 9.2.Masa medium. mmed = V∗ρ = 29∗1057,5 = 31725 kg 9.3.Całkowita masa aparatu. Mc = mmed + mpust = 31725+ 15511,134 = 47236,134kg 10.Dobór podpór. Zgodnie z normą BN-64/2212-04 dobieram jako podpory dziesięć łap podporowych o dopuszczalnym obciążeniu 5 ton na jedną łapę. Wymiary dobranych łap : H - 320 s - 12 g - 18 e - 30 c - 302 b - 200 a - 240 Dobieram wkładkę antykorozyjną ze stali chromowo-niklowej , lub powłokę azotynowo-benzoesanową. IV. LITERATURA: 1). J.Pikoń, „Podstawy konstrukcji aparatury chemicznej” cz. 1 i 2 PWN Warszawa 1979 2)BN-64/2221-08 „Zbiorniki cylindryczne poziome i pionowe z dnami elipsoidalnymi. Główne wymiary”. 3)PN-66/M.-35412 „Dna elipsoidalne stalowe o średnicy wewnętrznej od 600-4000 mm Wymiary”. 4).R.Koch, A.Noworyta „Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej”. WNT Warszawa 1992 5).BN-83/2211-2501 „Włazy z pokrywą płaską na ciśnienie nominalne .'' 6).BN-64/2211-04 „Podpory aparatów poziomych”.	ph= 49899,3 Pa pow = 1649899,3Pa Re,to = 24,46∗10^7 N/m^2 k = 13,59∗10^7 z = 0,72 a = 1,0 g0 = 0,02216 m. c2 = 0,001 [m/rok] c = 2,8∗10^-3m g = 26 mm Dz = 3,052m gsztw = 0,0041m g = 0,02463175m g = 0,026m Hz = 0,824 m Rw = 2,82 m rw = 0,281 m AO = 0,001045 m^2 d = 0,037 m d = 50mm d = 50mm d = 20mm zr = 0,665 d = 200 mm gw =10 mm Fwzm =0,00217 m^2 Dwzm = 0,75m m = 1532,918 kg m = 2215 kg m = 108,9 kg m = 10,97 kg m = 11,627 kg m = 0,403 kg m = 0,065 kg mpust=15511,134kg mmed = 31725kg Mc =47236,134kg

11

---