Основы проектирования и

Тепловой расчет. Цель расчета определить поверхность теплопередачи, расхода энергии и теплоносителя, потерь в окружающую среду. Выполняется на основании составления теплового баланса. Кроме того, необходим расчет тепловой изоляции, т.к. температура наружной стенки аппарата по нормам техники безопасности не должна превышать 50 ^оС.
Гидравлический расчет. Цель расчета — определение сопротивления аппарата проходу газа или жидкости при принятых размерах, конструкции аппарата с учетом числа и расположения патрубков и штуцеров.
Энергетический расчет. Необходим для определения мощности привода перемещающих и перемешивающих устройств.

Способы технологического, теплового, гидравлического и энергетического расчетов более подробно рассматриваются в курсах
«Процессы и аппараты химических производств», «Общая химическая технология», а также в курсах специальных дисциплин.
Механический расчет. Проверочный расчет для наиболее ответственных узлов и деталей, работающих в наиболее тяжелых условиях. Как правило, выполняют механические расчеты на прочность обечаек, днищ и крышек аппаратов под давлением, трубных решеток и труб теплообменников, валов и лопастей мешалок, уплотнений аппаратов высокого давления.

2. 
   Выбор исходных данных для расчета аппаратов на прочность
   

Прочность, безопасность, долговечность любого аппарата определяются механическим расчетом. Исходными данными является
допускаемое напряжение ^[s ^] при заданной температуре и расчетном
давлении. Допускаемое напряжение — это то напряжение, при котором обеспечивается механическая прочность аппарата с расчетным запасом и минимальным расходом конструкционного материала. Допускаемые напряжения определяют по формуле:
_{ }^*_, (2.1)

где ^* – нормативное допускаемое напряжение, МПа;  – коэффициент,

учитывающий условия эксплуатации.

При расчетах аппаратов на устойчивость формы используют модуль упругости Е, характеризующий жесткость материала, его устойчивость к деформации.
Таблица 2.1
Нормативные допускаемые напряжения ( ^* , МПа) и модули упругости
(Е, МПа)

Расчет- ная темпера- тура стенки, °С	Ст 3			10		20, 20К		09Г2С, 16ГС		12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2 Т			15Х25Т
	*	Е.10–5	*		*		*		*		Е.10–5	*		Е.10–5
20	140	1,99	130		147		170		160		2,00	—		2,04
100	134	1,91	125		142		160		152		2,00	—		2,00
150	131	1,86	122		139		154		146		1,99	—		—
200	126	1,81	118		136		148		140		1,97	—		1,97
250	120	1,76	112		132		145		136		1,94	—		—
300	108	1,71	100		119		134		130		1,91	—		1,89
350	98	1,64	88		106		123		126		1,86	—		—
375	93	—	82		96		116		124		—	—		—
400	85	1,55	74		92		110		121		1,81	—		1,76
410	87	—	70		86		104		120		—	—		—
420	75	—	66		80		92		120		—	—		—
430	71	—	62		75		86		119		—	—		—
440	—	—	56		67		75		118		—	—		—
450	—	1,40	51		61		71		117		1,75	—		—
500	—	—	—		—		—		113		1,68	—		1,64
550	—	—	—		—		—		101		1,61	—		—
600	—	—	—		—		—		74		1,53	—		1,40
700	—	—	—		—		—		30		—	77		1,24
800	—	—	—		—		—		—		—	26		1,16
900	—	—	—		—		—		—		—	19		1,09
1000	—	—	—		—		—		—		—	11		—
1100	—	—	—		—		—		—		—	8		—

Таблица 2.2
Значения коэффициентов h (ОСТ 26-01-102—70)

Категория опасности химических продуктов	Предел допускаемой концентрации по санитар- ным нормам, 3 мг/м	Нижний предел взрываемости, %	Минимальная температура самовоспла- менения, ^оС	Поправочный коэффициент, h
I	5	1	175	0.85
II	5...50	1...5	175...300	0.90
III	51...1000	6...10	301...450	0.95
IV	1000	10	450	1.00

Современная химическая аппаратура изготовляется из отдельных элементов, соединенных сваркой. Поэтому при расчете аппаратов необходимо учитывать прочность сварного шва. Для этого вводят коэффициент прочности сварного шва j , который характеризует отношение прочности сварного шва к прочности материала. Значение коэффициента зависит от конструкции шва.

Прочность всех материалов с повышением температуры уменьшается, поэтому при расчете аппаратов необходимо учитывать этот фактор. Расчетная температура зависит от температуры окружающей среды, методов обогрева и охлаждения. Чаще всего температуру стенки аппарата принимают равной температуре среды, соприкасающейся со стенкой (t_ст=t_ср). Если стенка аппарата покрыта изоляцией или футеровкой, то температуру стенки принимают равной температуре поверхности изоляции, соприкасающейся со стенкой, увеличенной на 20 ^оС (t_ст=t_изол+20). При обогреве аппарата открытым пламенем или электрообогревателями, горячими газами с температурой выше 250 ^оС, температуру стенки принимают равной температуре соприкасающейся среды, увеличенной на 50 ^оС (t_ст=t_ср+50).
Таблица 2.3
Значения коэффициентов прочности сварного шва (ОСТ 26-291—71)

Конструкция шва		Способ сварки		j
		Автоматическая дуговая двусторонняя		1,00
		Автоматическая дуговая односторонняя		0,95
		Ручная дуговая		0,90
		Ручная дуговая	0,80

При расчете аппаратов на прочность исходными величинами являются рабочее давление (Р_с) и расчетное давление (Р_р, МПа). Под рабочим давлением понимается то давление, которое имеется в аппарате при нормальном или форсированном режиме работы. Давление, принимаемое при расчетах, называется расчетным давлением. Чаще всего его принимают равным рабочему. Если аппарат работает под наливом, то необходимо учитывать гидростатическое давление столба жидкости. В этом случае расчетное давление (МПа) вычисляют как
P P   g H 10^6 . ^(2.2)
P C б

При расчетах аппаратов на прочность необходимо иметь в виду такие важные факторы, как коррозионное влияние рабочей среды. Величину прибавки на коррозию (с) рассчитывают, исходя из срока службы аппарата (10...12 лет) умноженного на скорость коррозии или проницаемость. Как правило для химического оборудования выбирают стали с проницаемостью 0,1 мм/год. При более интенсивной коррозии конструкционный материал

защищают футеровкой. Если стенка аппарата или какой-то элемент подвергается коррозионному воздействию с двух сторон, то делается двойная прибавка на коррозию.

3. 
   Элементы аппаратов и их расчет
   

В зависимости от рабочего давления аппараты разделяют на аппараты низкого давления (до 10 МПа), аппараты высокого давления (от 10 до 100 МПа) и аппараты сверхвысокого давления (выше 100 МПа).

1.