1. Выбор материала

Выбор конструкционного материала производится исходя из необходимой химической стойкости, требований прочности при заданных давлении и температуре, с учетом стоимости материала, его недефицитности и технологии изготовления.

Для агрессивных сред, в ряде случаев, представляется целесообразным и экономически оправданным, а иногда и единственно возможным применение внутри аппарата защитного слоя, наносимого на основной конструкционный материал.

При выборе материала необходимо учитывать рабочую (расчетную) температуру в аппарате (60°), давление (0,7МПа) и коррозионную активность рабочей среды (40% Н₂SО₄).

Исходя из перечисленных условий, выбираем материал, для корпуса - Сталь 10 (ГОСТ 1050-60) с покрытием фторопласта-4 (ГОСТ 10007-62), для мешалки и вала X17Н13М2Т (ГОСТ 5632-72).

2. Расчетная часть

После выбора конструкционного материала составляется конструктивная схема аппарата, определяются основные габаритные размеры, и производится расчет на прочность отдельных узлов и деталей с целью определения их номинальных расчетных размеров (толщины стенок, фланцев и других деталей и т. л).

2.1 Расчет элементов корпуса аппарата

Расчет обечаек, днищ, крышек, рубашек корпуса аппарата на прочность и устойчивость под действием внутреннего и наружного давления с учетом термостойкости и коррозионной стойкости материалов выполняется в соответствии с ГОСТ 14249-80.

Главным составным элементом корпуса является обечайка - наиболее материалоемкий и ответственный узел (деталь) любого химического аппарата. Форма корпуса, а, следовательно, и обечайки определяется химико-техно­логическими требованиями, предъявляемыми к тому или иному аппарату, а также конструктивными соображениями и может быть цилиндрическая, коробчатая. коническая, сферическая и т. д.

Также один из составных элементов корпусов химических аппаратов являются днища, которые, как правило, органически связаны с обечайкой аппарата и изготовляются из того же материала. Форма днища определяется сопрягаемой с ним формой обечайки, химико-технологическими требованиями, предъявляемыми к тому или иному аппарату, давлением среды в нем, конструктивными соображениями и бывает эллиптической, полушаровой, сферической, конической, плоской (круглой и прямоугольной). Днищем в дальнейшем будем называть узел, деталь или элемент аппарата, который ограничивает корпус снизу, сверху или с боков, неразъемно соединен с обечайкой, или аналогичный элемент корпуса, составляющий с ним одно целое.

Рубашки в химических аппаратах предназначаются для наружною нагревания иди охлаждения обрабатываемых или хранящихся в аппарате главным образом жидких продуктов. Рубашки могут устанавливаться на цилиндрических вертикальных и горизонтальных аппаратах. Наибольшее применение они имеют на вертикальных цилиндрических аппаратах.

Толщина стенок рубашек и их элементов определяется расчетом, исходя из условия прочности.

Для выполнения расчета предварительно необходимо определить ряд параметров.

1) Определение расчетного давления в аппарате

Расчетное давление, при котором производится расчет на прочность и устойчивость элементов корпуса аппарата. Расчетное давление для элементов аппаратов принимается, как правило, равному рабочему или выше ею. Под рабочим давлением понимается максимальное внутреннее избыточное иди наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочею без учета гидростатического давления среды.

Если на элемент аппарата действует гидростатическое давление, составляющее 5% и выше от рабочего, то расчетное давление должно быть повышено на эту величину:

Р_расч = Р_изб + Р_гидр

Р_гидр = ρ*g*Н_ж*10^-6,

где Р_изб – избыточное давление среды, МПа;

Р_гидр – гидростатическое давление, МПа

ρ – плотность жидкой среды, кг/м³;

g – ускорение свободного падения м/с²;

Н_ж – высота столба жидкости, м;

ρ = 1190 кг/м³

g = 9,8 м/с²

Н_ж/D = 0,8

Н_ж = D*0,8 = 2*0,8 = 1,6м

Р_гидр = ρ*g*Н_ж*10^-6 = 1190*9,81*1,6*10^-6 = 0,01868

5% от Р_изб составляет 0,7*0,05 = 0,035МПа

т.к. Р_гидр < 0,035МПа, то расчетное внутреннее давление

Р_расч = Р_изб = 0,7МПа

2) Расчет наружного давления, для проверки стенок корпуса на устойчивость

Для элементов находящихся под рубашкой:

Р_р.н. = Р_а – Р_о + Р_руб,

где Р_а – атмосферное давление, МПа

Р_о – остаточное давление, МПа

Р_руб – избыточное давление в рубашке, МПа

Р_а =0,1МПа

Р_о = 0,05МПа

Р_руб = 0,35МПа

Р_р.н. = 0,4МПа

3) Расчет допустимого напряжения для выбранного материала

4) Поправка на коррозию

С = П*L_h,

П – скорость коррозии в рабочей среде, ммм/год

L_h – срок службы аппарата, г

П=0,2 мм/год

L_h = 10 лет

С = 0,2*10=2мм