POLITECHNIKA POZNAŃSKA

WYDZIAŁ TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

INSTYTUT INŻYNIERII PROCESÓW CHEMICZNYCH

ZAKŁAD INŻYNIERII I APARATURY CHEMICZNEJ

ZBIORNIK

PROJEKT WYKONANY W RAMACH ZAJĘĆ Z

MASZYNOZNAWSTWA CHEMICZNEGO

Patrycja Kachelska

Studia dzienne inżynierskie 2012/2013

na kierunku Inżynierii Chemicznej i Procesowej.

Nr projektu: 21

SPIS TREŚCI

1.Strona tytułowa 1

2. Spis treści 2

3. Temat projektu, charakterystyka techniczna aparatu 3

4. Obliczenia

a)Obliczenie średnicy wewnętrznej zbiornika 4

b). Obliczenie płaszcza zbiornika 4

c). Obliczenie i dobór dennic 6

d).Wyznaczenie największej średnicy otworów w dnie

oraz płaszczu nie wymagających wzmocnienia 7

e). Dobór króćców 8

f) Dobór wysokości zbiornika 9

g) Dobór włazu 9

i) Obliczenie ciężaru zbiornika wraz z

magazynowaną cieczą 10

j) Dobór łap podporowych 11

5. Wykaz oznaczeń i jednostek 12

6. Spis literatury i norm 13

7. Rysunek zestawieniowy 14

Temat projektu

Zaprojektować zbiornik do magazynowania 98,5% roztworu gliceryny o następujących parametrach eksploatacyjnych: V=12,5 [m³], P=7 [bar], T=20 [⁰C], H/D=2

Charakterystyka techniczna aparatu

Zbiornik pionowy do magazynowania 98,5% roztworu gliceryny dla następujących parametrów eksploatacyjnych: : V=12,5 [m³], P=7 [bar], T=20 [⁰C], H/D=2. Materiał wykonawczy zbiornika - stal odporna na korozję X3CrNiCu18-9-4. Przewidywany czas eksploatacji zbiornika to 10 lat. Klasa zbiornika : A. Zbiornik posiada dwa króćce - wlotowy i wylotowy, oraz właz. Górna i dolna dennica przyspawana do płaszcza. Zbiornik zamocowany za pomocą 4 łap wspornych.

H/D≈2 V=12,5 [m^3]	1. Obliczenie średnicy wewnętrznej zbiornika Średnica obliczona z zależności od objętości walca V	DW=1,996 [m] Na podstawie normy [3] przyjmuję: Dw = 2[m]
Dw = 2[m] a = 1 Re = 175∙10^6 [N/m^2] Xecyl = =1,65 zdop = 0,8 Dw = 2 [m] gziem = 9,81 [N/kg] ρ = 7,9·10^3 [kg/m^3] Pproj=7∙10^5 [N/m^2] Pow =100996 [N/m^2] a=1 kcyl = 11·10^7 [N/m^2]	2. Obliczenie płaszcza zbiornika 2.1 Obliczenie grubości ścianki aparatu Wartość współczynnika a: Dla stosunku współczynnik a = 1 Obliczenie naprężeń dopuszczalnych: Współczynnik bezpieczeństwa wg UDT wynosi: Xecyl = 1,8 Po podstawieniu danych: Przyjęto dwustronne złącze doczołowe bez podpawania, dla którego: z = 1,00 x zdop z = 0,8 Ciśnienie obliczeniowe Ciśnienie obliczeniowe Pow dla powłok, w których medium roboczym jest ciecz, jest równe sumie ciśnienia roboczego projektu i ciśnienia hydrostatycznego Pow = Pproj +Phydr [N/m2] Phydr = gziem ρ h , h = 2 Dw Phydr =9,81 7,9·10^3 4 Pow = 1009996 Obliczenie grubości ścianki g0	kcyl =11·10^7[N/m^2] h = 4 [m] Pow =1009996 [N/m^2] g0 = 0,01[m]
τ = 10 lat s = 0,8 10^-^3 [m/rok]	2.2 Obliczenie rzeczywistej grubości ścianki - grz grz = g0 + c [m] c = c1 + c2 + c3 Przyjmuję c1 = 0,0008 [m] c2 = s∙ τ c2 = 0,001 [m] Ze względu na brak dodatkowych naprężeń c3 = 0 [m] Stąd: c = 0,0008 + 0,001 + 0 = 0,0018 [m] grz = 0,01 + 0,0018 [m]	c1 = 0,0008 [m] c2 = 0,001 [m] c3 = 0 [m] c = 0,018 [m] grz = 0,0118[m] Na podstawie normy [4] przyjmuję: grz = 0,012 [m]
DW = 2 [m] grz = 0,012 [m] hw = 0,5 [m] hc = 0,04 [m] Ret0 = 175 ∙10^6 [N/m^2] Xedna = 1,4 DZ = 2,024 [m] pow = 1009996 [N/m^2] yw = 2,92 = 125∙10^6 [N/m^2] z =0,53	3. Obliczenie i dobór dennic Obliczenie grubości ścian dennic Przyjęto dennice elipsoidalne wg normy [5] Obliczenie Współczynnika kształtu - = DZ = DW + 2grz = 2+2∙0,012 Zewnętrzna wysokość dennicy obliczona wg Normy [5] HZ = hw + hc + grz HZ = 0,5 + 0,04 + 0,012 d = 10% DW Ostatecznie współczynnik yw odczytuję dla: ω = 2 yw = 2,92 Obliczenie k dla dennicy Obliczenie grubości ścianki dennicy gD [m]	DZ = 2,024 [m] HZ = 0,552 [m] Przyjmuję: d = 0,2 [m] ω = 1,3 Przyjmuję: ω = 2 yw = 2,92 = 125∙10^6 [N/m^2] gD = 0,02 [m]
Dz = 2,024 [m] pow = 1009996[N/m^2] Dw = 2 [m] grz = 0,012 [m] c2 = 0,001 [m] a=1 kcyl = 14,77∙10^7 [N/m^2] pow = 1009996 [N/m^2] Dw = 2 [m] Dz = 2,024 [m] grzd = 0,02 [m] c2 = 0,001 [m] a = 1 = 125∙10^6 [N/m^2]	4. Wyznaczenie największej średnicy otworu w płaszczu i w dennicach zbiornika niewymagającej wzmocnienia Największa średnica otworu niewymagającego wzmocnienia równa jest najmniejszej z trzech podanych średnic d1 = 0,2 [m] d2 = 0,35∙Dz Współczynnik wytrzymałościowy powłoki osłabionej otworem Zr obliczamy ze wzoru Wyznaczenie największej średnicy otworu w płaszczu zbiornika niewymagającej wzmocnienia d1 = 0,2 [m] d2 = 0,35∙2,024 Współczynnik wytrzymałościowy wynosi: Zatem Największa średnica otworu niewymagająca wzmocnienia wynosi: dpłaszcza = 0,00506 [m] Wyznaczenie największej średnicy otworu w dennicach zbiornika niewymagającej wzmocnienia d1 = 0,2 [m] d2 = 0,35∙2,024 Współczynnik wytrzymałościowy wynosi Zatem Największa średnica otworu niewymagająca wzmocnienia wynosi ddna = 0,2 [m]	d1 = 0,2 [m] d2 = 0,7084 [m] Zr = 0,77 d3 = 0,00506 [m] dpłaszcza = 0,00506 [m] d1 = 0,2 [m] d2 = 0,7084 [m] Zr = 0,37 d3 = 0,23 [m] ddna = 0,2 [m]
	5. Dobór króćców Dobór króćca wlotowego Zgodnie z normą [6] przyjmujemy króciec o Dnom = 0,2 [m] Dobór króćca wylotowego Zgodnie z normą [6] przyjmujemy króciec o Dnom = 0,2 [m]	Parametry króćców: Dnom = 0,20 [m] dz = 219,1 [mm] Dz = 340 [mm] g = 24 [mm] D0 = 295 [mm] d0 = 22 [mm] D2 = 235 [mm] H = 62 [mm] s = 6,3 [mm] r = 10 [mm] D1 = 268 [mm] f = 3 [mm] l1=200 [mm] m=33,2 [kg]
V = 12,5 [m^3] Vdna = 1007·10^-6 [m^3] Dw = 2 [m]	6. Obliczenie wysokości zbiornika Obliczenie wysokości części cylindrycznej Vcyl = V - Vdna Vcyl = 12,5 - 1007·10^-6 Obliczenie wysokości całego zbiornika Wysokość 2 dennic + wysokość części cylindrycznej + wysokość króćców + wysokość rur przy króćcach: Hzbiornika = 2x0,5 + 3,979 + 2x0,062 + 2x0,2 = 4,753 [m]	Vcyl = 12,498993 [m^3] Hcyl = 3,979 [m] Hzbiornika = 4,753 [m]
Pnom=1,6 [MPa]	7. Dobór włazu Właz i pokrywę dobrano wg normy [7] Właz z pokrywą rodzaju PZ dla ciśnienia nominalnego Pnom=1,6 [MPa] 12 sztuk śrub z łbem sześciokątnym M24x90 [mm] m=0,417 [kg] Nakrętka m=0,107 [kg] Uszczelka d=420 [mm] D=478 [mm] Pokrywa włazu D1=472 [mm] D5=465 [mm] D6=439 [mm] m=52,7 [kg]	Parametry włazu: Dnom=0,4[m] T=20⁰C Pnom=1,6 [MPa] m=98,8 [kg] D2=560 [mm] g=28 [mm] g1=32 [mm] D0=505 [mm] d0=26 [mm]
D = 0,4 [m] FWL = 0,1256 [m^3]	Określenie wzmocnienia otworu włazu Największa średnica otworu nie wymagająca wzmocnienia wynosi 0,00506 [m]. W płaszczu zbiornika przewidziany jest właz o D = 0,4[m], zatem wymagane jest zastosowanie wzmocnienia. Powierzchnia pierścienia musi być, co najmniej równa powierzchni otworu. Zatem powierzchnia otworu wynosi: a zewnętrzna średnica pierścienia wynosi: Grubość blachy wzmacniającej jest równa grubości aparatu, g = 0,012 [m].	FWL = 0,1256 [m^3] dwzm = 0,58 [m]
Hcyl = 3,979 [m] DW = 2 [m] grz = 0,012 [m] =7900 [kg/m^3] T = 20˚C V = 12,5 [m^3] =1259,45 [kg/m^3] M = 3789,68 [kg] Mcieczy =15743,125 [kg]	8. Obliczenie ciężaru zbiornika wraz z magazynowaną cieczą Obliczenie masy zbiornika pustego Masę pustego aparatu wylicza się ze wzoru: M = MCYL + 2MDEN + 2MKR + MWŁ Masa części cylindrycznej - MCYL: Masa dennicy wg PN-69/M-3541 MDEN = 650 [kg] Masa króćca wg PN-67/H-74721 MKR = 10,4 [kg] Masa włazu wg BN-83/2211-25/02 MWŁ = 98,8 [kg] Masa aparatu wynosi: M = 2370,08 + 2 650 + 2 10,4 + 98,8 Obliczenie ciężaru cieczy Przyjęto gęstość cieczy 1259,45 kg/m^3 dla cieczy o temperaturze: 20˚C Mcieczy = V∙ Mcieczy = 12,5·1259,45 Całkowita masa aparatu z magazynowaną cieczą MCAŁ = M + Mcieczy MCAŁ =3789,68 + 15743,125	MCYL = 2370,08 [kg] MDEN = 650 [kg] MKR = 10,4 [kg] MWŁ = 98,8 [kg] M = 3789,68 [kg] Mcieczy =15743,125 [kg] MCAŁ = 19532,805[kg]
DW = 2 [m] MCAŁ = 19532,805[kg]	9. Dobór łap podporowych Z normy [8] dla średnicy zbiornika Dw=2 [m] Najmniejsza grubość płaszcza nie wymagająca wzmocnienia 10+8 na wzmocnienie W=250 [mm] Zbiornik będzie miał 4 łapy. Ciężar przypadający na jedną łapę;	W = 180 [mm] n = 3 = 4883,2[kg]

Wykaz jednostek i oznaczeń

c - całkowity naddatek grubości ścianki [m]

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

c₂ - naddatek grubości na korozje [m]

c₃ - naddatek grubości ze względu na dodatkowe naprężenia [m]

C_ŁAP - ciężar przypadający na jedną łapę [kg]

d_dna - maksymalna średnica otworu w dennicy niewymagająca wzmocnienia [m]

d_płaszcza - maksymalna średnica otworu w płaszczu niewymagająca wzmocnienia [m]

d_wzm - zewnętrzna średnica pierścienia wzmacniającego otwór włazu [m]

d - średnica otworu w zbiorniku [m]

Dw - średnica wewnętrzna płaszcza [m]

Dz - średnica zewnętrzna zbiornika [m]

F_wl - powierzchnia pierścienia wzmacniającego właz [m²]

g₀ - grubość ścianki aparatu bez naddatków [m]

g - grubość ścianki aparatu [m]

g_rz - rzeczywista grubość ścianki aparatu [m]

g_dna - grubość ścianki dennicy [m]

g_ziem - przyspieszenie ziemskie [N/kg]

h - początkowa wysokość części cylindrycznej aparatu

H_cał - całkowita wysokość zbiornika [m]

H_z - zewnętrzna wysokość dennicy [m]

H_cyl - wysokość części cylindrycznej [m]

k_cyl - naprężenie dopuszczalne dla części cylindrycznej [N/m²]

k_dna - naprężenie dopuszczalne dla dennicy [N/m²]

H_zbiornika - wysokość zbiornika [m]

M_cieczy - masa cieczy [kg]

M_CYL - masa części cylindrycznej [kg]

M_DEN - masa dennicy [kg]

M_KR - masa króćca [kg]

M_WŁ - masa włazu [kg]

M - masa pustego aparatu [kg]

M_CAŁ - całkowita masa zbiornika z magazynowaną cieczą [kg]

P_proj - ciśnienie projektu [N/m²]

P_ow - ciśnienie obliczeniowe [N/m²]

P_hydr-ciśnienie hydrostatyczne [N/m²]

Re - naprężenie maksymalne [N/m²]

s - szybkość korozji [m/rok]

T- temperatura obliczeniowa [⁰C]

V - objętość obliczeniowa [m³]

V_dna - objętość dennicy [m³]

V_cyl - objętość części cylindrycznej [m³]

Xe_cyl - współczynnik bezpieczeństwa dla części cylindrycznej

Xe_dna - współczynnik bezpieczeństwa dla dennicy

y_w- współczynnik wyoblenia

z - współczynnik wytrzymałości spawu

z_dop - dopuszczalny współczynnik wytrzymałości spawu

Zr - współczynnik wytrzymałościowy

- gęstość

- gęstość cieczy [kg/m³]

- gęstość stali [kg/m³]

τ- założony czas eksploatacji zbiornika [rok]

ω- wskaźnik osłabienia

Spis literatury i norm

[1] - Jerzy Pikoń: Podstawy konstrukcji aparatury chemicznej, wyd.1 ;1979,PWN

[2] - PN-61/H-84020 „Wykres własności wytrzymałościowych i wielkości fizycznych stali węglowych i stopowych”

[3] - BN-64/2221-02 „Średnice wewnętrzne D_W [mm] powłok cylindrycznych zwijanych z blach, stosowanych w budowie zbiorników”

[4] - BN-65/2002-02 „Szereg grubości blach”

[5] - PN-66/M-35412 „Dna elipsoidalne stalowe”

[6] - BN-76/2211-40 „Króćce z kołnierzami przypawanymi okrągłymi z szyjką”

[7] - BN-83/2211-25/02 „Włazy”

[8] - BN-221264/-02 „Dobór wielkości łap”

[9] - Leszek A. Dobrzański: „Zasady doboru materiałów inżynierskich z kartami charakterystyk”

- 13 -

---