Котел

Формат документа: docx
Размер документа: 0.44 Мб




Прямая ссылка будет доступна
примерно через: 45 сек.



  • Сообщить о нарушении / Abuse
    Все документы на сайте взяты из открытых источников, которые размещаются пользователями. Приносим свои глубочайшие извинения, если Ваш документ был опубликован без Вашего на то согласия.


Министерство образования и науки Российской Федерации
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА»
ВЫСШАЯ ШКОЛА ТЕХНОЛОГИИ И ЭНЕРГЕТИКИ
Институт технологии
Кафедра "Машин автоматизированных систем"
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Технология и конструкция оборудования для производства целлюлозы»
на тему:
Расчёт сульфитного варочного котла объемом 200 м3 и внутренним диаметром 5 м
Выполнил
студент учебной группы № 231
Горюнов Михаил Денисович
Проверил доцент
Синегубов Сергей Семенович
Санкт-Петербург
2018
СОДЕРЖАНИЕ
TOC \o "1-3" \h \z \u Введение31. Изображение варочного котла для сульфитной варки целлюлозы52. Расчет6Библиографический список13
Введение
В варочных цехах целлюлозных заводов применяются котлы с различной формой корпуса. Формы котлов непрерывно совершенствуются, и наиболее распространенные конструкции представлены на рис.1. На риc.1 (а) показана форма корпуса котлов старой конструкции. Недостаток такой формы корпуса состоит в том, что при заполнении котла щепой в верхней части котла остается пространство, не заполненное щепой. Для его заполнения щепу приходится разгребать к стенкам вручную, что является весьма трудоемкой операцией, требующей значительных затрат времени.
При разгрузке котлов такого типа в нижнем сферическом днище остается сваренная целлюлоза, особенно когда удаление целлюлозы производится выдувкой. Оставшуюся целлюлозу приходится вымывать струей воды. На рис.1 (б) изображена форма корпуса котлов современной конструкции. Корпус состоит из верхней конической части с углом раскрытия 90°, что согласуется с углом естественного откоса щепы, равным 45-55° и позволяет полностью заполнить верхнюю часть котла щепой даже без применения парового уплотнителя.
Рис. 1

Верхний конус соединяется с цилиндрической частью котла с помощью тороидального перехода, позволяющего избежать дополнительных напряжений в корпусе котла от действия краевой силы и момента, которые возникают в месте сочленения, в результате различной способности к деформации под действием внутреннего давления. Соединение цилиндрической части с нижним конусом производится также тороидальным переходом. Нижний конус имеет угол раскрытия 60°, что обеспечивает полное удаление из котла сваренной целлюлозы.
На рис.1 (в) показана форма корпуса котла современной конструкции, отличающаяся от предыдущих тем, что заборное сито циркуляционно-подогревательной системы располагается вровень с внутренней поверхностью котла, благодаря чему полезный объем котла увеличивается на 1-4 м3 и соответственно увеличивается выход целлюлозы за варку (на 80-300 кг).
Основной характеристикой котла является его объем нетто, т.е. полезный объем, при вычислении которого не учитывается 43 пространство, занимаемое ситами циркуляционно-подогревательной системы. Объем котлов регламентирован ОСТ 26-08-328-79. Объем котлов согласно ОСТу должен выбираться из следующего ряда: 160, 200, 250, 320 и 400 м 3 .
Пример обозначения котлов - КВСи-З20-ОСТ 26-08-328-79. При модернизации варочных котлов допускается применение промежуточных объемов за счет уменьшения высоты цилиндрической части котла. Второй характеристикой котлов является отношение высоты к диаметру. Высота котла - это расстояние между верхним и нижним фланцами котла. Для котлов, предназначенных для варки сульфитной целлюлозы, H/D находится в пределах от 2,52 до 2,98. Большее отношение характерно для котлов меньшей емкости с более коротким циклом варки, в частности, для варки жесткой целлюлозы.
1. Изображение варочного котла для
сульфитной варки целлюлозы

1 – автоматическая крышка; 2 – паровой уплотнитель щепы; 3 - забор-ная циркуляционная сетка; 4 – циркуляционный насос; 5 – кожухотрубчатый подогреватель; 6 – конденсатоотводчик ; 7 – заборный полукольцевой трубо-провод; 8 – подача нагретой кислоты в верхний конус; 9 – подвод кислоты в нижний конус; 10 – обводной трубопровод
2.1 Расчет корпуса котла на прочность
Делать корпус котла из однослойной коррозионностойкой, жаропрочной экономически неоправданно, поэтому корпус котла выполняем из биметалла (двухслойной стали)
20К + 12Х18Н9Т .
Внутренним диаметром D = 5 м;
Объемом V = 200 м3;
Высотой H = 14,9 м из табл. 2.
Толщина стенки цилиндрической части котла рассчитывается по формуле
S=pD2φσ-p+C, мгде p - расчетное давление;
D - внутренний диаметр котла;
𝜑 -коэффициент прочности продольного сварного шва.
Для двустороннего сварного шва котлов 𝜑 = 0,95;
[𝜎] - допускаемое напряжение. Оно определяется по формуле
σ=ησ*,где 𝜎 ∗ - нормативное допускаемое напряжение, выбираемое из таблицы ГОСТа в зависимости от материала и температуры корпуса; для углеродистой стали 20К (ГОСТ 1050-89) при расчетной температуре стенки 100, 150, 200С равны соответственно: 142, 139, 136 МПа.
Для расчета принимаем сталь 20К (ГОСТ 1050-89) при температуре стенки 150°С равна 139 МПа
𝜂 - поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации сосуда, взрыво-пожароопасность и токсичность обрабатываемой среды. Значения коэффициента от 0,85 до 1,0 определяются проектирующей организацией. Для варочных котлов коэффициент 𝜂 принимается равным 1,0;
σ=1∙139=139 МПа.C - прибавка на коррозию, назначаемая с учетом скорости коррозии и срока службы сосуда, Принимаем из табл. 0,005 м. Для варочных котлов расчетный срок службы принимается равным 22 годам, т.е. сроку амортизации котла.
Под рабочим давлением в сосуде понимается максимальное избыточное давление, возникающее при нормальном протекании 45 рабочего процесса без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительных устройств.
Расчетным, как правило, является рабочее давление. Гидростатическое давление столба жидкости при определении расчетного давления учитывается, если оно превышает 5 % рабочего. При расчете цилиндрической и нижней конической части котла гидростатическое давление следует учитывать. Котлы рассчитываются на максимальное рабочее давление 1,2 МПа.
Для котлов, изготовленных из биметалла, т.е. из основного слоя стали 20К и слоя нержавеющей стали - прочно соединенных металлургическим способом, прибавка на коррозию принимается равной толщине слоя нержавеющей стали 4-6 мм. Она используется также для округления расчетного размера до ближайшей стандартной толщины листа.
Расчетное давление определяется по формуле:
p=pраб+pг, МПагде pраб - рабочее давление, МПа;
pг- гидростатическое давление, МПа.
Гидростатическое давление рассчитывается по формуле:
pг=ρж∙h∙10-5, МПагде h - высота столба массы над расчетным швом;
ρж - плотность целлюлозной массы, кг/м3. Принимается равным 1100кг/м3.
Рассчитываем толщину стенок в каждой части варочного котла:
S1=1,2∙52∙0,95∙139-1,2+0,005=0,028 мpг=13∙2,78∙10-5∙1100=0,01 МПаp=1,2+0,01=1,21 МПаS2=1,21∙52∙0,95∙139-1,21+0,005=0,028 мpг=13∙2,78+1/2∙9,22∙10-5∙1100=0,06 МПаp=1,2+0,06=1,26 МПаS3=1,26∙52∙0,95∙139-1,26+0,005=0,029 мpг=13∙2,78+9,22∙10-5∙1100=0,11 МПаp=1,2+0,11=1,31 МПаS4=1,31∙52∙0,95∙139-1,31+0,005=0,030 мpг=13∙2,78+9,22+1/2∙3,9∙10-5∙1100=0,13 МПаp=1,2+0,13=1,33 МПаS5=1,33∙52∙0,95∙139-1,33+0,005=0,030 мНа основании проделанных расчетов и ГОСТ принимаем толщины стенок 28, 28, 30, 32, 32 мм в конической и цилиндрической частях соответственно.
2.2 Определение допускаемого рабочего давления аппарата
Иногда рабочее давление аппарата не удовлетворяет технологическому режиму, необходимому для получения целлюлозы нужного качества, разрабатывается новый технологический режим. В этом случае необходимо определить допускаемое рабочее давление аппарата.
Допускаемое рабочее давление в цилиндрической обечайке определяется по формуле:
P=2σφS-CD, МПаP=2∙139∙0,95∙0,03-0,0055=1,32 МПаP>Pраб;1,32>1,2МПа;Т. к. допускаемое рабочее давление аппарата в цилиндрической части больше его рабочего, то условие прочности выполняется.
Допускаемое рабочее давление для сферической обечайки определяется по формуле:
P=4σφS-CD, МПаP=4∙139∙0,95∙0,028-0,0055=2,43 МПаP>Pраб;2,43>1,2МПа;Т. к. допускаемое рабочее давление аппарата в сферической части больше его рабочего, то условие прочности выполняется.
Допускаемое рабочее давление в конической обечайки определяется по формуле:
P=2σφS-C∙cosαD, МПаP=2∙139∙0,95∙0,032-0,0055=1,43 МПаP>Pраб;1,43>1,2МПа;Т. к. допускаемое рабочее давление аппарата в конической части больше его рабочего, то условие прочности выполняется.
2.3 Определение запаса прочности при пробном давлении
Перед пуском в эксплуатацию варочный котел подвергается гидравлическому испытанию. Давление, при котором проводятся испытания, носит название пробное.
Пробное давление определяется по формуле

где Р – рабочее давление процесса варки, МПа;
[]20 – допускаемое напряжение для материала корпуса котла и его элементов при температуре 20С равно 142 МПа;
[] – допускаемое напряжение для материала корпуса котла при рабочей температуре 1500 C равно 139 МПа.
Pпр=1,25∙1,2∙142139=1,53 МПаНапряжение, возникающее в корпусе котла при пробном давлении


σ=1,53∙(5+0,028-0,005)2∙0,95∙0,028-0,005=175,86 МпаЗапас прочности при пробном давлении
n=σT20σ,где – предел текучести материала корпуса аппарата при 20С равен 215 МПа.
Условие прочности: n [n], где [n] – допускаемый запас прочности равен 1,1 Запас прочности при пробном давлении
n=215175,9=1,23 Условие прочности при [n] – допускаемом запасе прочности равном 1,1
n≥n,1,23 ≥1,1Условие прочности выполняется
2.4 Укрепление отверстия
В корпусе варочного котла вырезают отверстие для установки штуцера с диаметром dотв=150 мм для подачи варочного реагента. Чтобы отверстие не влияло на прочностные условия, его укрепляют. Укрепление осуществляется кольцом.


– расчетная ширина укрепляющего кольца


– площадь сечения обечайки, участвующая в укреплении
F0=S-SR-C∙2∙lукF0=0,032-0,022-0,005∙2∙0,08=0,0008 м2где – площадь, подлежащая компенсации внутри корпуса АВСД

F=dотв+2∙C∙SF=0,150+2∙0,005∙0,032=0,00512 м2– расчетная площадь укрепляющего кольца



– толщина кольца, м. Принимаем
– расчетная площадь поперечного сечения штуцера, участвующего в укреплении при одностороннем укреплении


Н – расчетная высота стенки штуцера


Принимаем исполнительную высоту стенки штуцера Н = 50 ммБиблиографический список
1. Г. А. Тордуа. Машины и аппараты целлюлозного производства.
2. А.В. Александров, А.А. Гаузе. Оборудование ЦБП. Методические указания по выполнению контрольных работ
3. Ю. Н. Новикова. Модернизированная сульфатная варка целлюлозы: учебное пособие
X