Ректификационная колонна
Министерство образования и науки Российской Федерации
Казанский национальный исследовательский
технологический университет
Кафедра процессов и аппаратов химической технологии
РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА
Пояснительная записка к курсовому проекту
Выполнил: студент гр. 6193-51 Мазитова
Руководитель: Еникеева
Проект защищён с оценкой
Оглавление
Введение
Описание технологической схемы
Технологический расчет.
Конструктивный расчет.
Механический расчет.
Техника безопасности.
Список литературы.
В химической технологии широко распространены и имеют важное значение процессы массопередачи, характеризуемые переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Путём переноса одного или более компонентов из фазы в фазу можно разделять как гетерогенные, так и гомогенные системы (газовые смеси, жидкие растворы и др.), причём наиболее часто процессы массопередачи используют для разделения гомогенных систем.
Одним из наиболее распространённых методов разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или большего числа компонентов, является перегонка (дистилляция и ректификация).
Простая перегонка представляет собой процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров. Простая перегонка применима только для разделения смесей, летучести компонентов которой существенно различны.
Значительно более полное
Ректификация представляет
собой процесс многократного
частичного испарения жидкости
и конденсации паров. Процесс
осуществляется путём контакта
потоков пара и жидкости, имеющих
различную температуру, и
Ректификация известна
с начала 19 века как один из важнейших
технологических процессов
Процессы перегонки осуществляются периодически или непрерывно.
Процесс ректификации протекает
на поверхности раздела фаз, поэтому
аппараты должны обеспечивать развитую
поверхность соприкосновения
По способу образования этой поверхности ректификационные аппараты можно условно разделить на следующие группы: 1) поверхностные и плёночные; 2) насадочные; 3) барботажные (тарельчатые); 4) распыливающие.
Тарельчатые ректификационные
колонны нашли широкое
К тарелкам со сливными устройствами относятся: ситчатые, колпачковые, клапанные и балластные, пластинчатые.
В тарелке без сливных устройств газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелке одновременно с взаимодействием жидкости и газа путём барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку – "проваливание” жидкости. Поэтому тарелки такого типа обычно называют провальными. К ним относятся дырчатые, решётчатые, трубчатые и волнистые тарелки.
Выбор конкретного вида тарелки зависит от многих факторов, например гидравлическое сопротивление тарелки, диапазон устойчивой работы, эффективность, производительность по жидкости и газу и т.д.
В качестве контактных устройств используются также насадки , которые можно подразделить на регулярные и нерегулярные. Нерегулярную насадку применяют в процессах массообмена, протекающих под давлением или в условиях неглубокого вакуума и имеет существенные преимущества по сравнению с регулярной по технологии изготовления, транспортирования и монтажа. К этому виду насадок относятся: кольца Рашига, кольца Паля, сёдловая и др.
Ситчатые тарелки обладают невысоким сопротивлением, большой эффективность и интенсивностью, требуют малого расхода металла и легкости монтажа.
Колпачковые тарелки обладают достаточно большой областью работы, большой эффективностью и обеспечивают легкость пуска и остановки аппарата.
Клапанные тарелки обладают большой областью устойчивой работы, малым брызгоуносом, требуют малого расстояния между тарелками, имеют высокую интенсивностью и эффективностью.
1. Описание технологической
установки
Исходная смесь поступает в накопительную ёмкость Е1, необходимую для равномерного питания ректификационной колонны РК. Насосом Н1 смесь подаётся на питающую тарелку в РК, проходя через теплообменник – подогреватель П. В подогревателе исходной смеси, смесь подогревается до температуры кипения, за счёт подачи в межтрубное пространство греющего пара. Поступающая в РК при температуре кипения исходная смесь, стекает по тарелкам в нижнюю часть колонны. На каждой ступени (тарелке), происходит взаимодействие жидкости стекающей вниз и паров поднимающихся вверх по колонне, при этом из паров конденсируется высококипящий компонент (ВК), а из жидкости испаряется низкокипящий компонент (НК). В результате такого взаимодействия на каждой ступени в конечном счёте с верхней части колонны выходит практически чистый НК, а из кубовой части колонны удаляется ВК. Пары в кубе получают путём испарения кубовой жидкости в теплообменнике – кипятильнике К. Пары отводимые с верхней части колонны, направляются в теплообменник – конденсатор Д. За счёт подачи охлаждающей воды в трубное пространство, пары конденсируются и отводятся из аппарата при температуре конденсации. Далее поток конденсата разделяется на две части: флегму и дистиллят. Под флегмой понимают часть конденсата, возвращающегося в верхнюю часть колонны для её орошения. Дистиллят – готовый продукт (целевой), который с начало охлаждают в теплообменнике – холодильнике Х2, а потом подают в накопительную ёмкость Е3. Насосом Н4 дистиллят перекачивается к потребителю. Кубовый остаток (ВК) отводится с куба и направляется в теплообменник – холодильник Х1, после чего накапливается в ёмкости Е2, откуда насосом Н3 перекачивается к потребителю.
Ректификационная установка
является сложным управляемым объектом,
поэтому включает в себя большое
количество приборов КИП и автоматики,
систему предупреждающей и
2. Технологический расчет
Исходные данные к расчету:
Смесь бензол-толуол, F = 15 т/ч=4.167 кг/с
Расчет ведется по [1,с.228]
2.1 Материальный баланс колонны и рабочее флегмовое число
Производительность колонны по дистилляту Р и кубовому остатку W определим из уравнений материального баланса колонны:
Отсюда находим:
Переводим массовые концентрации в мольные доли:
, здесь
М1=78 кг/кмоль – мольная масса бензола;
М2=92 кг/кмоль – мольная масса толуола.
Относительный мольный расход питания:
По данным [3] строим равновесную кривую на рис. 1
Минимальное флегмовое число:
Для определения оптимального флегмового числа производим следующее:
Пусть β=1,1 – коэффициент избытка флегмы, тогда рабочее флегмовое число R=β· Rmin=1,1·2,927=3,27
Уравнение рабочей прямой верхней части колонны:
, строим на рис.1
Пусть β=1,3, тогда R=β· Rmin=1,3·2,927=3,864
, строим на рис.2
Пусть β=1,5, тогда R=β· Rmin=1,5·2,927=4,458
, строим на рис.3
Пусть β=1,6, тогда R=β· Rmin=1,6·2,927=4,756
, строим на рис.4
Пусть β=1,8, тогда R=β· Rmin=1,8·2,927=5,35
, строим на рис.5
Полученные результаты сводим в таблицу:
β |
1,1 |
1,3 |
1,5 |
1,6 |
1,8 |
R |
3,27 |
3,864 |
4,458 |
4,756 |
5,35 |
N |
25 |
20 |
17 |
17 |
16 |
N(R+1) |
106,75 |
97,28 |
92,768 |
97,852 |
101,6 |
По данным таблицы строим график зависимости R от N(R+1) cм. Рис. 7.
Определяем оптимальное рабочее флегмовое число R=4,45 тогда уравнения рабочих прямых:
, строим их на рис.6.
Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяют из соотношений:
LВ = Р·R·МВ/МР;
LН = Р·R·МН/МР + F·МН/МF, здесь
МР = хр·М1 + (1 – хр )·М2 = 0,992 · 78 + (1 – 0,992) · 92 = 78,119 кг/кмоль – мольная масса дистиллята;
МF = хF ·М1 + (1- хF ) · М2 = 0,228·78 + (1-0,228) · 92 = 88,812 кг/кмоль – мольная масса исходной смеси;
МВ, МН – средние мольные массы жидкости для верхней и нижней частей колонны:
МВ = хсрв · М1 + (1 – хсрв) · М2
МН = хсрн · М1 + (1 – хсрн) · М2, здесь средние концентрации:
xсрв = (хF + хР) / 2 = (0,228 + 0,992) / 2 = 0,61 кмоль/кмоль
xсрн = (хF + хW) / 2 = (0,228 + 0,006) / 2 = 0,117 кмоль/кмоль
МВ = 0,61 · 78 + (1 – 0,61) · 92 = 83,465 кг/кмоль
МН = 0,117 · 78 + (1 – 0,117) · 92 = 90,356 кг/кмоль, тогда
LВ = 0,825 · 4,45 · (83,465/78,119) = 3,922кг/с
LН = 0,825 · 4,45 · (90,356/78,78,119) + 4,167 · (90,356/88,812) = 8,161кг/с
Средние массовые потоки пара в верхней GВ и нижней GН частях колонны:
GВ = Р·(R + 1) М'В /МР
GН = Р·(R + 1) М'Н /МР, здесь М'В, М'Н – средние мольные массы паров в
верхней и нижней частях колонны
М'В = yсрв · М1 + (1 – yсрв) · М2
М'Н = yсрн · М1 + (1 – yсрн) · М2, здесь средние концентрации паров определяем из уравнений рабочих прямых:
yсрв = 0,816 · хсрв + 0,182 = 0,816 · 0,61 + 0,182 = 0,659 кмоль/кмоль
yсрн = 1,631 · хсрн – 0,004 = 1,631 · 0,117 – 0,004 = 0,187 кмоль/кмоль
М'В = 0,659 · 78 + (1 – 0,659) · 92 = 82,768 кг/кмоль
М'Н = 0,187 · 78 + (1 – 0,187) · 92 = 89,389 кг/кмоль, тогда
GВ = 0,825 · (4,45 + 1) · 82,768/78,119 = 4,763кг/с
GН = 0,825 · (4,45 + 1) · 89,389/78,119 = 5,144кг/с
2.2 Скорость пара и диаметр колонны
Расчет скорости пара для ситчатых тарелок выполняется по уравнению:
Определяем средние температуры паров и жидкости по данным равновесия литературы (Рис.1 ниже):
При yсрв=0,659 кмоль/кмоль tyв=94ºС
При yсрн=0,187 кмоль/кмоль tyн=107ºС
При xсрв=0,61 кмоль/кмоль txв=89ºС
При xсрн=0,117 кмоль/кмоль txн=106ºС
ρу – плотность паров;
Плотность пара для верхней части колонны:
Средняя плотность газа в колонне:
ρу =(ρу1+ ρу2)/2=(2,749+2,867)/2=2,8 кг/м3
В рассматриваемом примере плотности бензола и толуола близки, поэтому берем среднюю плотность жидкости:
, здесь концентрации в объемных долях, при 89ºС и 106ºС
плотности компонентов: ρ1=805 кг/м3-бензол, ρ2=783,9 кг/м3-толуол.
Скорость пара:
Диаметр колонны
в верхней части колонны:
в нижней части колонны:
Принимаем стандартный диаметр колонны 1800 мм
При этом рабочая скорость пара :
Для колонны диаметром 1800 мм выбираем ситчатую однотопочную тарелку ТС-Р диаметром 1600 мм со следующими конструктивными размерами [1.с217]:
Высота переливного порога hпер=30 мм;
Свободное сечение тарелки Fс=18,8%;
Рабочее сечение тарелки Sт=2,294 м2;
Ширина переливного порога b=1050 мм(периметр слива);
Шаг между отверстиями do=15 мм;
Скорость пара в рабочем сечении тарелки:
WТ=w· 0,785·d2/ Sт=0.693·0,785·1,82/2,294=0,
2.3 Высота светлого слоя
жидкости на тарелке и
Для ситчатых тарелок высоту слоя жидкости hО находим по формуле
для верхней части колонны:
hов=0.787·qв 0.2·hпер0.56·wТm·[1-0.31exp(-
для нижней части колонны:
hон=0.787· qн 0.2·hпер0.56·wТm·[1-0.31exp(-
здесь
hпер = 0,03м – высота сливной перегородки;
qВ = Lв / (ρx · b) = 3,922/(795·1,05)=0,0047 м²/с – удельный расход
жидкости на 1 метр ширины сливной перегородки в верхней части колонны;
qн = Lн / (ρx· b) = 8,161/(795·1,05) = 0,00978м²/с – удельный расход
жидкости на 1 метр ширины сливной перегородки в нижней части колонны;
где b- ширина сливной перегородки ,м;
σв ,σн – поверхностное натяжение воды при средней температуре в верхней и нижней части колонны;[2,с.526]
m=0.05-4.6· hпер=-0.088
Вязкость жидких смесей µx находим по уравнению:
lg µx =xср· lg µxб+(1-хср) ·lg µxт. ,
где µxб и µxт–вязкость бензола и толуола при температуре смеси(89ºС и 106ºС). [2,с.516]
lg µxв=0.61·lg0.276+(1 - 0.61)· lg0.2456= - 0.579
lg µxн=0.117 ·lg0.2838+(1 - 0.117)· lg0.256= - 0.587
µxв=0,264 МПа·с µxн=0,259 МПа·с
Тогда, для верхней части
hов=0.787·0,0047 0.2·0,030.56·0,768-0.88·[1-0.
·(0,06 /0,057)0,09=0.027 м
Для нижней части колонны:
hон=0.787·0,009780.2·0,030.560
·(0,06 /0,057)0,09=0.031 м
Паросодержание барботажного слоя ε находят по формуле:
___ ___
ε = √ Fr / (1+ √ Fr ), где Fr = W²т/ (gho), тогда
для верхней части колонны:
Frв = 0,768²/(9.81·0.0027)=2,218
_____ _____
εв = √ 2,218/(1 + √ 2,218 ) = 0,598
для нижней части колонны:
Frн = 0,768²/(9.81·0.0031)=1,916
_____ ____
εн = √ 2,836 /(1 + √ 2,836 ) = 0,581
2.4 Коэффициенты диффузии и вязкости паров
Коэффициенты диффузии в жидкости для верхней части колонны:
, здесь
Тут μХВ = μ1xсрв · μ2 (1-xсрв) =0,6490,61 · 0,584(1-0,61)= 0,623мПа·с
μХН = μ1xсрн · μ2 (1-xсрн) = 0,6490,117 · 0,584(1-0,117)= 0,591мПа·с
, здесь вязкости бензола μ1 и толуола μ2 взяты при 20ºС [2, С.526].
здесь плотности бензола и толуола взяты при 20ºС [2, с.495].
здесь
А = 1, В = 1, v1 , v2 -мольные обьемы компонентов в жидком состоянии при температуре кипения, см3/моль. ;[2,с.288]
Тогда
Аналогично коэффициент диффузии в жидкости для нижней части колонны:
Коэффициент диффузии паров в верхней части колонны:
Коэффициент диффузии паров в нижней части колонны:
2.5 Коэффициенты массопередачи и высота колонны
Коэффициент массопередачи в жидкости для верхней части колонны:
Коэффициент массопередачи в жидкости для нижней части колонны:
Коэффициент массопередачи в паровой фазе для верхней части колонны:
Коэффициент массопередачи в паровой фазе для нижней части колонны:
Коэффициент вязкости паров в верхней части колонны:
Коэффициент вязкости паров в нижней части колонны:
здесь взяты вязкости паров бензола и толуола при средней температуре нижней части колонны. (94ºС и 107ºС)
Переводим полученные коэффициенты массопередачи в нужную размерность на кмоль/м²·с:
βxв = 0,015 · ρ x / Мв= 0,015 · 794,5/ 83,456 = 0,144кмоль/м²·с
βxн = 0,027 · ρ x / Мн = 0,027 · 794,5/ 90,37 = 0,235кмоль/м²·с
βyв = 1,441 · ρ y / Мв' = 2,8 · 3,882/ 82,768= 0,048 кмоль/м²·с
βyн = 1,527 · ρ y / Мн' = 2,8 · 2,992/ 89,398= 0,049 кмоль/м²·с
Расчет КПД методом Мерфи.
Пусть х = 0,6. Коэффициент распределения компонента по фазам (тангенс угла наклона равновесной линии в этой точке) m = 0,77
Коэффициент массопередачи:
Общее число единиц переноса на тарелку:
Локальная эффективность:
Фактор массопередачи:
λ = m·(R+1)/R =0,77(4,45+1)/4,45 = 0,943
Доля байпасирующей жидкости:
Для ситчатых тарелок θ = 0,1
Число ячеек полного перемешивания:
_____ _________
S = (√d² - b²)/L = (√1,8² - 1,05²)/0,35 = 4,177, здесь L = 0,35м - длина пути жидкости соответствующая одной ячейке перемешивания.
Коэффициент m, который влияет на унос жидкости с тарелки определяется
Комплекс, по которому определяем унос жидкости с тарелки при H = 0,5м - расстояние между тарелками:
, унос по [1, с. 242]: ев=0,11кг/кг
Так как , то
Аналогичные расчеты проводим и для других точек результаты сводим в таблицу.
№ п/п |
Параметр |
Нижняя часть колонны |
Верхняя часть колонны | |||||
1 |
х |
0,05 |
0,15 |
0,3 |
0,5 |
0,6 |
0,75 |
0,9 |
2 |
m |
2,25 |
1,73 |
1,3 |
0,87 |
0,77 |
0,6 |
0,47 |
3 |
Ку |
0,027 |
0,03 |
0,033 |
0,037 |
0,038 |
0,04 |
0,041 |
4 |
nоу |
1,073 |
1,19 |
1,309 |
1,454 |
1,493 |
1,563 |
1,622 |
5 |
Еу |
0,658 |
0,696 |
0,73 |
0,766 |
0,775 |
0,791 |
0,802 |
6 |
λ |
2,756 |
2,119 |
1,592 |
1,066 |
0,943 |
0,735 |
0,576 |
7 |
В |
1,899 |
1,571 |
1,268 |
0,934 |
0,851 |
0,705 |
0,59 |
8 |
Е"му |
1,311 |
1,238 |
1,167 |
1,086 |
1,065 |
1,03 |
1,002 |
9 |
Е'му |
0,851 |
0,958 |
0,967 |
0,962 |
0,958 |
0,95 |
0,941 |
10 |
Ему |
0,935 |
0,829 |
0,835 |
0,831 |
0,829 |
0,822 |
0,816 |
11 |
yк |
0,105 |
0,295 |
0,505 |
0,694 |
0,778 |
0,875 |
0,957 |
По данным таблицы строим кинетическую линию на рис.6(обновленный рисунок представлен ниже) и определяем действительное число тарелок:
Nв=10 шт. – в верхней части колонны;
Nн=12 шт. – в нижней части колонны.
Всего 22 тарелок.
Высота тарельчатой части колонны определяется по формуле:
H=h∙(n-1)+Zв+Zн=0,5∙(22-1)+1+
Zв=1 м – высота сепарационного пространства;
Zн=2 м – высота кубовой части.
3. Конструктивный расчет
Диаметр штуцера для ввода исходной смеси:
_________ ________________
dF = √4·F/(π·ρF·W) = √4·4.167/(3,14·788·1) = 0,082 м=100 мм,
здесь W=1м/с - скорость потока жидкости при подачи насосом [1, с.16],
ρF - плотность исходной смеси [2, с.495]:
Диаметр штуцера для вывода паров из колонны:
__________ ___________________
dn = √4·Gn/(π·ρу·W) = √4·4,5/(3,14·2,808·20) = 0,32 м, принимаем 400мм, здесь
ρу =2,992 кг/м³ - плотность паров в верхней части колонны;
Gn = Р·(R + 1) = 0,825·(4,45 + 1) =4,5 кг/с - расход паров;
W = 20 м/с - скорость потока насыщенных паров [1, с.16].
Диаметр штуцера для ввода флегмы:
dф = √ 4·Ф/(π·ρф·W) = √4·3,678/805·3,14·1 = 0,076 м, принимаем 100 мм, здесь
Ф = Р·R = 0,825·4,45 =3,678 кг/с - расход флегмы;
W = 1 м/с - скорость при перекачивании насосом [1, с.16];
ρф - плотность смеси [2, с.495]:
Диаметр штуцера для ввода паров из кипятильника:
___________ _________________
dк = √ 4·Gн/(π·ρун·W) = √4·5,144/2,867·3,14·20 = 0,338 м, принимаем 400 мм, здесь
W = 20 м/с - скорость насыщенных паров [1, с.16];
ρун =2,867 кг/м³ - плотность паров;
Диаметр штуцеров для слива кубового остатка и жидкости из куба для подачи в кипятильник:
___________ _________________
dW = √ 4·W/(π·ρw·ω) = √4·3,342/(972·3,14·0,5) = 0,094 м, принимаем 100 мм, где
ω = 0,5 м/с - скорость потока при движении самотеком [1, с.16];
ρw =972 кг/м3 - плотность воды [2, с.495]
4. Гидравлический расчет
Гидравлическое сопротивление тарелок колонны ΔРк определяют по формуле:
ΔРк = ΔРв · Nв + ΔРн · Nн, где ΔРв и ΔРн гидравлическое сопротивление тарелки соответственно верхней и нижней частей колонны, Па.
Полное гидравлическое
сопротивление тарелки
- Гидравлическое сопротивление с
ухой тарелки [1, с.244]:
здесь ζ = 1,5 - коэффициент сопротивления сухой ситчатой тарелки [1, с.210]
- Гидравлическое сопротивление г
азожидкостного слоя на тарелках различно для верхней и нижней частей колонны:
ΔРnв = ρх · g·hов = 794,5·9,81·0,027 = 211,742 Па
ΔРnн = ρх· g·hон = 794,5·9,81·0,031 = 245,113 Па
- Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:
ΔРσ = 4σ/dэ = (4·0,01971)/0,008 = 30 Па
Тогда полное гидравлическое сопротивление одной тарелки верхней и нижней частей колонны равно:
ΔРв = 35,186 + 211,742 + 30 = 363,15 Па
ΔРн = 35,186 + 245,113 + 30 = 310,3 Па
Полное гидравлическое сопротивление ректификационной колонны:
ΔРк = 363,15 · 10 + 310,9 · 12 = 6493 Па
5. Механический расчет
Толщина стенки обечайки:
S ≥ , здесь
D = 1800 мм – диаметр обечайки;
р = 0,1 МПа – давление;
φ = 1,0 – коэффициент сварного шва [1, с. 395];
с = П · Та = 0,1 · 10 = 1 мм – прибавка на коррозию, где
П = 0,1 мм/год – скорость коррозии;
Та = 10 лет – срок службы аппарата;
[σ] = η · σ - допускаемое напряжение;
η = 1,0 – коэффициент [1, с. 394];
σ = 152 МПа – допускаемое нормативное напряжение для стали 12х18Н10Т [7, с. 11], тогда
S ≥ , по [1, с. 211], принимаем S = 10 мм.
Толщина стенки днища:
Sg ≥ , принимаем Sg = 10 мм (см. выше); здесь R=D для исполнения днища эллиптическим.
Расчет фланцевого соединения
Выбираем прокладку из паронита ПОН-1 [6, с. 521]: Dсп = 1914 мм
Расчетная нагрузка, действующая
от внутреннего избыточного
Qg = 0,789 · Dсп · Р = 0, так как избыточного давления нет.
Усилие, возникающее от разности температур фланца и болта Qt:
Y=0,04
n=75 - число болтов [6, с.557]
-площадь сечения болта.
- модуль упругости стали
- коэффициент линейного температурного расширения для стали 12Х18Н10Т [5, с.286];
- коэффициент линейного
Расчетное осевое усилие для болтов принимают большим из следующих трех значений:
РБ1 = π· Dсп · b0 · q
РБ2 = ζ (α · Qg + Rn)=0
РБ3 = Qg + Rn + Qt= Qt, здесь Rn = 0 так как избыточного давления нет.
ζ = коэффициент [1, с.394].
для прокладки из паронита ПОН-1 [1, с. 402]:
m = 2,5
q = 20 МПа
b – эффективная ширина прокладки;
b = - действительная ширина прокладки;
При b > 0,015 м
b 0 = 0,12·b0,5= 0,12·0,0250,5=0,018 м
Тогда
Условие прочности:
, где МПа – для Ст 20 [1, с. 394];
условие выполняется.
Расчет опоры
Расчет ведем по [6, с. 691]:
Для колонных аппаратов используют цилиндрические опоры тип I [6, с. 672]
Определим вес аппарата при гидроиспытании:
Gмах = g · (Mоб + Мж+N·MТ), определяем ориентировочно.
Mоб = π · D · S · H · ρст = 3,14 · 1,8 · 0,01 · 13,5 · 7850 ≈ 6900 кг – масса обечайки.
Мж = 0,785 · · H · ρж = 0,785 · 1,8 ² · 13,5 · 10³ ≈ 35000 кг – масса жидкости при гидроиспытании;
N=22 шт – число тарелок;
MТ=115 кг – масса тарелки;
Gмах = 9,81 · (6900 +35000+22·102) = 0,44 МН
Принимаем толщину стенки цилиндрической опоры S = 14 мм. Напряжение сжатия в этой стенке с учетом наличия в ней отверстия для лаза d = 0,5 м при максимальной нагрузке от силы тяжести аппарата:
Отношение:
Rc = 0,052 рис. 15.8 [3]
Кс = 875
Допускаемое напряжение на сжатие в обечайке опоры:
Условие σс < σсд выполняется.
Максимальное напряжение на сжатие в сварном шве, соединяющем цилиндрическую опору с корпусом аппарата при коэффициенте сварного шва φш = 0,7:
, где
F = 0,785 · (D²1 - D²2) = 0,785 · (1,428² - 1,14²) = 0,681 м² - площадь опорного кольца;
D1 = D + 2 · S + 0,2 = 1,8 + 2 · 0,014 + 0,2 =2,028 м – наружный диаметр опорного кольца;
D2 = D – 0,06 = 1,8 – 0,06 = 1,74 м – внутренний диаметр опорного кольца;
Максимальное напряжение на сжатие опорной поверхности кольца:
Номинальная расчетная толщина опорного кольца при L = 0,1 м:
Sк = 1,73 L · , с учетом прибавок Sк = 10 мм.
Расчетная нагрузка на один болт:
, где Z = 6 – число фундаментных болтов принимаем.
Расчетный внутренний диаметр резьбы болтов:
d'1 =
принимаем М20.