Основные направления развития предприятий полимерной промышленности, тенденции совершенствования оборудования, страница 12

Цель механического расчета состоит в проверке работо­способности в заданных эксплуатационных условиях узлов выбранного по ГОСТ серийного реактора. В отдельных слу­чаях при эксплуатации реакторов требуется также опреде­лить предельные значения технологических параметров (дав­ление, температура), при которых не нарушается работо­способность системы.

Проверочный расчет элементов реактора производится для корпуса, крышки и узла привода с валом мешалки.

Определение толщины стенки обечайки, днища и крышки производится по заданной величине внутреннего давления с учетом одновременного действия напряжения растяжения в продольном и поперечном сечениях.

Обечайка

(2.5)

где      s – расчетная толщина стенки;

           s_табл – табличная толщина стенки выбранного реактора

           ρ – внутреннее давление;

           [σ]_ρ — допускаемое  напряжение   при   растяжении;

          φ – коэффициент    прочности    продольного    сварного шва;

         С₁ и С₂ – прибавка  на  коррозию  и  возможное отклонение толщины листа;

         D – внутренний диаметр обечайки.

Стандартное эллиптическое днище (крышка):

(2.6)

Коническое днище:

(2.7)

где α – угол конусности, град.

Плоское днище (крышка):

(2.8)

где К – коэффициент, учитывающий тип соединения днища (крышки) с обечайкой К = 0,40 ÷ 0,55;

      К_о – коэффициент ослабления сечения крышки  (днища) отверстиями. При количестве отверстий большем одного

При количестве отверстий больше одного

При одном отверстии в крышке (днище):

где Σd_i – максимальная сумма длин диаметров и хорд от­верстий в наиболее ослабленном диаметральном се­чении (отверстия для болтов в расчет не прини­маются).

Если неравенство s<s_табл не выполняется, то либо уве­личивается толщина стенки, либо выбирается более прочный материал.

Вал  мешалки  проверяется  на  прочность  по  уравнению кручения:

(2.9)

где N_{э. дв} – мощность электродвигателя;

       η_ред – КПД редуктора (0,8—0,85);

       ω – угловая скорость вала мешалки, с^-1;

        W_p – полярный момент сопротивления. W_p = 0,2·d³, где

      d – диаметр вала мешалки;

      [τ]_кр – допускаемое напряжение на. крушение. 

2.4. Тепловой расчет реактора *

При получении полимеров на разных стадиях технологи­ческого процесса требуется нагревание или охлаждение ре­акционной массы, поддержание ее в течение определенного времени при строго определенной температуре, отклонение от которой не только существенно изменяет свойства полу­чаемого продукта, но в отдельных случаях может привести к окончательному браку.                             

В связи с этим после выбора реактора и его проверки на прочность необходимо проведение проверочного теплового расчета, целью которого является определение требуемой длительности нагрева, сопоставление расчетной поверхности теплообмена с фактически имеющейся у выбранного реак­тора. Кроме того, тепловой расчет может применяться для определения расхода теплоносителей и хладагентов на про­ведение процесса и для определения толщины теплоизоляции реактора.

Рассмотрим тепловой расчет реакционного аппарата с мешалкой при проведении в нем периодического процесса на двух стадиях (по тепловому режиму): неизотермическая стадия нагревания или охлаждения реакционной смеси; изо­термическая стадия химической реакции получения поли­мера.

Реактор имеет рубашку, наружная, поверхность которой покрыта слоем теплоизоляции. Крышка и днище аппарата не изолированы. Обогрев или охлаждение реактора – жид­костное.

Стадия нагревания (охлаждения).                                

Продолжительность нагревания или охлаждения τ₁ ап­парата в секундах при известной теплообменной поверхно­сти реактора F (поверхность стенок сосуда, заключённых в рубашку) может быть рассчитана по уравнению (затраты тепла на нагрев рубашки не учитываем):

(2.10)