Конструктивный расчет технологического процесса сушки фторида алюминия

Глава 4. Конструктивный расчет

4.1. Расчет барабанной сушилки

Толщина стенки барабана:

D – диаметр барабана, м;

D = 3м.

Распределенная нагрузка на барабан:

G – масса барабана, кг;

G = 160000 кг;

G_M – масса материала в барабане, кг;

G_M = 14800 кг;

L – длинна барабана, м;

L = 31 м;

g – ускорение свободного падения;

g = 9,81

Расстояние между опорами:

Проверка прочности барабана на изгиб.

Посередине между опорами обеспечивается минимальный изгибающий момент:

Крутящий момент:

N – мощность привода, кВт;

N = 15,5 кВт;

n – число оборотов барабана, с^-1;

n = 0,00833 c^-1

Расчетный (приведенный) момент:

Момент сопротивления кольцевого сечения барабана:

Условие прочности барабана:

[σ]_д - допускаемое напряжение, МН/м²;

[σ]_д = 20 МН/м²

Условие выполняется, следовательно, увеличение толщины стенки барабана не требуется.

Проверка прочности барабана на прогиб.

Осевой момент инерции кольцевого сечения барабана:

Прогиб от равномерно распределенной нагрузки:

Е – модуль упругости материала барабана, МН/м²;

Е = 1,32·10⁵ МН/м² (для жаропрочной и жаростойкой стали)

Для нормальной работы допускается прогиб не более 1/3 мм на 1 м, т.е. :

Условие выполняется, следовательно, увеличение толщины стенки барабана не требуется.

Конструктивный расчет бандажа и опорных роликов.

Реакция опорного ролика:

α – угол наклона барабана;

α = 1,5⁰;

z – число бандажей;

z = 2 (как для барабанной сушилки);

φ – угол между опорными роликами;

φ = 60⁰.

Ширина бандажа:

q_м – допускаемая по опыту эксплуатации нагрузка на единицу длинны линии касания ролика и бандажа, МН/м;

q_м = (1÷2,4) МН/м.

Ширина опорного ролика:

Диаметр опорных роликов:

d_б – диаметр бандажа, м;

d_б = 3,6 м.

Проверка контактной прочности на смятие в месте соприкосновения опорного ролика и бандажа.

Условие контактной прочности на смятие в месте соприкосновения опорного ролика и бандажа:

r_б – радиус бандажа, м;

r_о.р. – радиус опорных роликов, м;

[σ]_c – допустимое напряжение материала ролика и бандажа на смятие, МН/м²;

[σ]_c = 300 ÷ 500 (для стального литья);

Е – модуль упругости материала ролика и бандажа, МН/м²;

Е = 1,99·10⁵ МН/м² (для углеродистой и низколегированных сталей)

Условие выполняется.

Проверка контактной прочности на смятие в месте соприкосновения упорного ролика и бандажа.

Осевая сила, которую воспринимают упорные ролики:

Условие контактной прочности на смятие в месте соприкосновения упорного конического ролика и бандажа:

b_у.р. – ширина упорного ролика, м;

b_у.р = b_о.р = 0,33 м;

g - угол конусности упорного ролика;

g = 17⁰.

Условие выполняется.

Проверка прочности бандажа на изгиб.

Максимальный изгибающий момент в месте контакта бандажа и опорного ролика:

l – расстояние между соседними башмаками, м;

Принимая количество башмаков m = 20:

Момент сопротивления бандажа прямоугольного сечения:

h_б – высота бандажа, м;

h_б = 0,3 м.

Условие прочности бандажа на изгиб:

Условие выполняется.

4.2. Расчет кожухотрубного подогревателя – охладителя

В качестве материала для всех частей теплообменника применяем сталь 10Х17Н13М2Т.

Сталь 10Х17Н13М2Т предназначается для сварных конструкций, работающих в средах повышенной агрессивности, для длительных сроков службы при температуре до 600 °С. Сталь коррозионно-стойкая аутенситного класса, без ограничений ручной и автоматической электродуговой и газоэлектрической сваркой. Для РДС рекомендуют использовать электроды ЭА-400/10У и НЖ-13, обеспечивающие стойкость сварных соединений к межкристаллической коррозии. Для автоматической сварки используют проволоку Св-04Х19Н11 и Св-06Х19Н10М3Т в сочетании с флюсами АН-26, АНФ-14, АНФ.

Обечайка

Толщина стенки кожуха:

Р_м – давление в межтрубном пространстве, МПа;

Р_м = 0,1 МПа;

φ – коэффициент прочности сварных швов;

φ = 1 (для автоматической сварки с двусторонним сплошным проваром);

[σ] – допускаемое напряжение, МН/м²;

[σ^*] – нормативное допускаемое напряжение

[σ^*] = 140 МН/м²;(Михалев)

η - коэффициент прочности сварных швов;

η = 1 (автоматическая дуговая электросварка)

С₁ – прибавка на коррозию рабочей среды;

П – скорость коррозии металла, м/год;

Принимаем П = 0,0001 м/год;

Т - срок службы аппарата;

Принимаем Т = 10 лет.

С₂ – дополнительная прибавка для компенсации минусового допуска и округление размера до стандартного значения (прибавка технологическая).

С₂ = 0,001

Принимаем S_к = 3 мм = 0,003 м.

Расчет напряжений возникающих в стенках корпуса и трубок от разности температур и давлений в трубках и межтрубном пространстве.

Площадь поперечного сечения:

а) корпуса

б) трубок

S_т – толщина стенки трубок, м;

S_т = 0,002 м.

Сила взаимодействия между трубками и корпусом:

t_к – средняя температура в межтрубном пространстве, ⁰С;

t_к = 135 ⁰С;

t_к – средняя температура в трубном пространстве, ⁰С;

t_к = 65 ⁰С;

α^tк, α^tт - коэффициенты термического расширения материала корпуса и трубок при расчетных температурах, 1/⁰С;

α^tк = 17,6·10^-6 1/⁰С;

α^tт = 15,7·10^-6 1/⁰С;