32
MAŠINSKI FAKULTET U BEOGRADU Procesna tehnika Predmet: Toplotni i difuzioni List br. 2 Br. Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao SADRŽAJ Sadržaj 2 Tehnički opis deflegmatora 3 Proračun deflegmatora 4 1.Tehnološki proračun 4 1.1.Toplotni bilans 4 1.2.Srednja temperaturska razlika 4 1.3.Izbor tipa razmenjivača toplote i osnovne geom. karakteristike 5 1.4.Odeđivanje koeficijenta prelaza toplote sa strane cevi 6 1.5. Odeđivanje koeficijenta prelaza toplote sa strane omotača 7 1.6. Odeđivanje koeficijenta prolaza toplote 7 1.7.Korekcija koeficijenta prolaza toplote 8 1.8.Popravka dimenzija razmenjivača toplote 10 2.Strujni proračun 11 2.1.Određivanje prečnika priključka za ulaz i izlaz vode 11 2.2.Određivanje prečnika priključka za ulaz pare 11 2.3. Određivanje prečnika priključka za izlaz kondenzata 12 2.4.Pad pritiska sa strane cevi 12 3.Mehanički proračun 14 3.1.Proračun debljine zida cilindričnog omotača aparata 14 3.2.Proračun standardnog danaca 15 3.3.Proračun vijaka 19 3.4.Proračun prirubnica 21

Def Leg Mat Or

  • Upload
    samel

  • View
    62

  • Download
    4

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 2 2

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

SADRŽAJ

Sadržaj 2 Tehnički opis deflegmatora 3 Proračun deflegmatora 4

1.Tehnološki proračun 41.1.Toplotni bilans 41.2.Srednja temperaturska razlika 41.3.Izbor tipa razmenjivača toplote i osnovne geom. karakteristike 51.4.Odeđivanje koeficijenta prelaza toplote sa strane cevi 61.5. Odeđivanje koeficijenta prelaza toplote sa strane omotača 71.6. Odeđivanje koeficijenta prolaza toplote 71.7.Korekcija koeficijenta prolaza toplote 81.8.Popravka dimenzija razmenjivača toplote 10

2.Strujni proračun 112.1.Određivanje prečnika priključka za ulaz i izlaz vode 112.2.Određivanje prečnika priključka za ulaz pare 112.3. Određivanje prečnika priključka za izlaz kondenzata 122.4.Pad pritiska sa strane cevi 12

3.Mehanički proračun 143.1.Proračun debljine zida cilindričnog omotača aparata 143.2.Proračun standardnog danaca 153.3.Proračun vijaka 193.4.Proračun prirubnica 213.5.Proračun cevnih ploča 223.6.Provera čvrstoće omotača usled dilatacije cevi cevnog snopa 233.7.Provera cevi cevnog snopa na izvijanje 243.8.Provera izdržljivosti uvaljanog spoja cevi i cevne ploče 24

Literatura 25

Page 2: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 3 3

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

TEHNIČKI OPIS DEFLEGMATORA

Deflegmator ili kako se zove prema svojoj ulozi – parcijalni kondenzator, je aparat koji se koristi u procesu kontinualne destilacije sa ulogom da obogati ostatak pare sa lakše isparljivom komponentom, u ovom slučaju etanolom. Najčešće posle njega dolaze jos dva kondenzatora gde se para skoro potpuno kondenzuje. Prema dijagramu entalpija – sastav, proces kondenzacije u deflegmatoru kao da ne ide vertikalnom linijom već izotermom tačke kondenzacije i to samo njenim pocetkom jer se samo mali deo pare kondenzuje. Jasno je preko pravila poluge da je sastav kondenzata to malo tečnosti osiromašen vodom, a veći je udeo etanola. Kako zadatkom nije dat maseni protok ulazne pare kao ni protok pare koja izlazi, već samo protok kondenzata, smatraće se da se sva para koja uđe kondenzuje (termofizičke veličine kondenzata uzimam za sastav pare), a stavljen je isti priključak za izlaz pare kao i za ulaz bez proračuna.

Deflegmator je zamišljen kao vertikalni dobošasti razmenjivač toplote sa nepokretnim cevnim pločama.

Omotač aparata je izrađen od debelog čeličnog lima s =5 mm, sastava austenitnog čelika Č4571 otpornog na hemijske uticaje materije kakva je etanol.

Za omotač sa jedne i druge strane su zavarene okrugle čelične cevne ploče sa nadnesenim prirubnicama sa prstenastim upustima, materijala istog kao i omotač, čije dimenzije za spajanje i zaptivanje odgovaraju prirubnicama sa prstenastim ispustom standardnih dimenzija, JUS M.B6.011. i JUS M.B6.008.

Spoj cei sa cevnim pločama je izveden uvaljivanjem.Cevi razmenjivača su standardne meke bakarne cevi Č 22 , JUS C.D5.501.Danca aparata su dva identična standardna plitka danca, napravljena iscela od čeličnog

lima srednje debljine s = 4 mm, sastava običnog feritnog konstrukcionog čelika Č 0361, jer ne dolazi u kontakt sa agresivnom materijom kakva je etanol.

Za danca su privarene prirubnice od čelika istog sastava kao i danca, sa prstenastim ispustom standardih dimenzija, JUS M.B6.011. i JUS M.B6.008.

Vijci su standardni, od čelika Č 0445 , JUS M.B1.050. , u kombinaciji sa elastičnim podloškama od čelika Č 2130 , JUS C.B2.110.

U donjoj komori za dance je zavarena pregrada u obliku čeličnog lima sastava istog kao i dance debljine 5 mm, koja deli ulaz i izlaz vode za hlađenje. Sa strane omotača za cevnu ploču je zavarena uzdužna pregrada od čeličnog lima debljine 10 mm, sastava istog kao i omotač aparata, koji služi da para ne ide direktno dalje kroz izlazni otvor već da okupa celu dužinu cevi.

Priključci su izrađeni od standardnih cevi bez šava sa standardnim prirubnicama sa ispustom , JUS M.B6.011. i JUS M.B6.008. Za ulaz i izlaz pare su identični, na istom nivou, a za izlaz kondenzata je na dnu omotača, od čelika istog kao i omotač. Za ulaz i izlaz vode su identični, vertikalno postavljeni na donjem dancetu, od cevi čelika Č 1212 , JUS C.B5.122.

Svi zaptivači su meki, od teflona PTFE.

Page 3: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 4 4

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

PRORAČUN DEFLEGMATORA

1.Tehnološki proračun

1.1.Toplotni bilans

Toplotna snaga razmenjivača iznosi :

a maseni protok vode za hlađenje je:

gde je:

m1= 8000 kg/h , maseni protok suvozasićene mešavine vodene pare i pare etanola (pare), h"= 1937 kJ/kg , entalpija suvozasićene pare na atmosferskom pritisku ,T.4.1.[3], h'= 367 kJ/kg , entalpija ključale tečnosti na atmosferskom pritisku ,T.4.1.[3], h2k = 230,25 kJ/kg , entalpija vode na izlazu iz aparata na pritisku od 1,5 bar ,T.4.2.6.[4], h2p = 104,85 kJ/kg , entalpija vode na ulazu u aparat na pritisku od 1,5 bar ,T.4.2.6.[4].

1.2.Srednja temperaturska razlika

Srednja temperaturska razlika za slučaj kondenzacije suvozasićene pare bez pothlađivanja kondenzata iznosi:

gde je:

tkond = 91,9ºC , temperatura kondenzacije pare na atmosferskom pritisku , T.4.1.[3], tk2 = 55ºC , temperatura vode na izlazu iz aparata na pritisku od 1,5 bar, tk2 = 25ºC , temperatura vode na ulazu u aparat na pritisku od 1,5 bar.

Page 4: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 5 5

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

1.3.Izbor tipa razmenjivača toplote i usvajanje osnovnih geometrijskih karakteristika

Usvojen je vertikalan dobošasti aparat sa nepokretnim cevnim pločama u kome se kondenzacija pare odvija sa strane međucevnog prostora, a rashladna voda protiče kroz cevi aparata u dva prolaza ( Npr = 2 ). Prema T. 5.1. [1] za kondenzatore i sistem alkoholna para – voda uobičajan opseg koeficijenta prolaza toplote za dobošaste izmenjivače je 500 – 1100 W/(m2 K) . Pretpostavljam orjentacionu vrednost koeficijenta prolaza toplote k = 800 W/(m2 K). Usvajam bakarne cevi Ø22 / 20 mm. (T.8.D.7. [5])Usvajam običan trouglasti raspored cevi sa korakom t = 28 mm ( T.6.2. [1] ).Usvajam unutrašnji prečnik omotača Du = 500 mm.Na osnovu dijagrama na SL.6.7 [1] usvojeno je rastojanje između cevnog snopa i omotača od Lso = 16 mm.

Površina za razmenu toplote iznosi:

Prečnik kružnice koja prolazi kroz ose cevi na obodu snopa:

Broj cevi određujem prema metodu 3 , str142, [1]:

Dužina cevi razmenjivača toplote je:

Page 5: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 6 6

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

1.4.Određivanje koeficijenta prelaza toplote sa strane vode (cevi) Brzina strujanja vode iznosi:

gde je:

2 = 992,2 kg/m3 , gustina vode na srednjoj temperaturi.

Rejnoldsov broj iznosi:

gde je:

2 = 0,653 10 –3 Pa s, koeficijent dinamičke viskoznosti vode na srednjoj temeraturi.

Posto je Re2 = 11122 > 10000, sa strane cevi je razvijeno turbulentno strujanje fluida, pa Nuseltov broj iznosi :

gde je:

Pr2 = 4,33 , Prantlov broj za vodu na srednjoj temperaturi, t2 , korekcioni faktor koji se u prvoj iteraciji uzima da je t2 = (2/g2)0.14 = 1, g2, Pa s – koeficijent dinamičke viskoznosti vode na temperaturi na granici sloja zaprljanja i fluida.

Koeficijent prelaza toplote sa strane cevi iznosi:

gde je:

2 = 0,6305 W/(mK) , koeficijent provođenja toplote vode na srednjoj temperaturi.

Sva termofizička svojstva vode su uzeta za srednju temperaturu vode iz T.1.1. [3]:

Page 6: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 7 7

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

1.5.Određivanje koeficijenta prelaza toplote sa strane (pare) omotača

Prema poglavlju 7.3. [3], koeficijent prelaza toplote se izračunava prema izrazu:

gde je:

l = 862 kg/m3 , gustina kondenzata, l = 0,541 10 –3 Pa s, koeficijent dinamičke viskoznosti kondenzata, 2 = 0,432 W/(mK) , koeficijent provođenja toplote kondenzata, ρg = 0,896 kg/m3 , gustina pare.

Sva termofizička svojstva pare i kondenzata uzeta su iz ruske literature za temperaturu kondenzacije tkond = 91,9ºC , jer se para ne kondenzuje potpuno i temperatira pri kondenzaciji neznatno opada.

1.6.Određivanje koeficijenta prolaza toplote

Otpori provođenju toplote usled zaprljanja se usvajaju prema T.5.2. [1]:

sa strane pare, i

sa strane vode.

Koeficijent prolaza toplote iznosi :

Page 7: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 8 8

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

gde je:

z = 380 W/(mK) , koeficijent provođenja toplote bakra na tkond = 91,9ºC , T.6.2. [4].

1.7.Korekcija koeficijenta prolaza toplote

U proračunu je pretpostavljeno da je t2 = 1. U narednim iteracijama se vrši korekcija pomoću stvarne temperature na granici sloja zaprljanja .đ

prva iteracija

Temperatura na granici sloja zaprljanja i vode sa unutrašnje strane cevi je :

Za temperaturu tg2' određujemo dinamičku viskoznost g2'= 0,459 10 –3 Pa s, pa je Nuseltov broj:

Koeficijent prelaza toplote sa strane vodeje:

a koeficijent prolaza toplote:

druga iteracija

Temperatura na granici sloja zaprljanja i vode sa unutrašnje strane cevi sada je :

Page 8: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 9 9

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

Za novu temperaturu tg2"određujemo dinamičku viskoznost g2" = 0,464 10 –3 Pa s, pa je Nuseltov broj:

Koeficijent prelaza toplote sa strane vode sada je:

a koeficijent prolaza toplote:

Kako se poslednja dva rezultata razlikuju za manje od 5%, usvajamo k" za koeficijent prolaza toplote.

Iteracija br. 0 1 2tg2, C 40 61,7 61g2, Pa s 0,653 10-3 0,45910-3 0,46410-3

t2 1 1.050 1.049Nu2 64,66 67,93 67,83

u, W/(m2 K) 2038 2141 2138k, W/(m2

K) 774 790 789

Page 9: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 10 10

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

1.8.Popravka dimenzija razmenjivača toplote

Površina za razmenu toplote iznosi:

Dužina cevi razmenjivača toplote je:

Page 10: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 11 11

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

2.Strujni proračun

2.1.Određivanje prečnika priključka za ulaz i izlaz vode

Prema preporuci iz odeljka 6.1.7. [1] , unutrašnji prečnik priključka se izračunava iz uslova:

Iako nešto manju, zbog gabarita suda, usvajam standardnu cev prečnika Ø159 / 150 mm , DN 175, T.P.4.11. [6].

Srednja brzina strujanja vode u priključku iznosi:

2.2.Određivanje prečnika priključka za ulaz pare

Prema preporuci iz odeljka 6.1.7. [1] , unutrašnji prečnik priključka se izračunava iz uslova:

Usvajam standardnu cev prečnika Ø318 / 303 mm , DN 300, T.P.4.11. [6].

Srednja brzina strujanja pare u priključku iznosi:

Page 11: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 12 12

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

Usvajam još jedan identičan priključak za odvod pare koji je karakterističan za deflegmator i koji odvodi nekondenzovanui paru ka nizu redno vezanih kondenzatora. Proračun je ovde izvođen kao da se sva para kondenzuje u deflegmatoru.

2.3.Određivanje prečnika priključka za izlaz kondenzata

Prema preporuci iz odeljka 6.1.7. [1] , unutrašnji prečnik priključka se izračunava iz uslova:

Usvajam standardnu cev prečnika Ø76,1 / 65 mm , DN 65, T.P.4.11. [6].

Srednja brzina strujanja pare u priključku iznosi:

2.4.Pad pritiska sa strane cevi

Pad pritiska usled trenja izračunava se iz formule:

gde je:

, koeficijent otpora trenja,

δ = 0,0015 mm , apsolutna hrapavost zida bakarne vučene cevi, T.1.6.[7].

Pad pritiska usled lokalnih otpora izračunava se iz formule:

Page 12: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 13 13

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

gde je:

zi , koeficijent lokalnog otpora, T 6.13. [1] , wi , m/s , karakteristična brzina na mestu lokalnog otpora.

Ukupni pad pritiska sa strane cevi iznosi:

Red.broj Lokalni otpor i wi , m/s1. Ulazni priključak 1,0 1,5862. Ulaz u cevi cevnog snopa ( čeona povrsina je u ravni sa

cevnom plocom)0,5 0,366

3. Promena pravca strujanja za 180º u komori 2,5 0,3664. Izlaz iz cevi cevnog snopa 1,0 0,3665. Izlazni priključak 0,5 1,586

Page 13: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 14 14

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

3.Mehanički proračun

3.1.Proračun debljine zida cilindričnog omotača aparata (JUS M.E2.253), 8

gde je:

Ds = 704 mm , spoljašnji prečnik omotača aparata (pretpostavljena debljina s = 2 mm), p = 1,013 bar , proračunski pritisak , K = 530 N/mm2 , proračunska čvrstoća 0,2 za materijal Č 4571 i temperaturu t = 91,9C ,

T.8. 5, (čvrstoća na 20C, umanjena za 10%), S = 1,5 , stepen sigurnosti , vv = 0,8 , koeficijent slabljenja usled postojanja zavarenih spojeva , C1 = 0 mm , dodatak na dozvoljeno odstupanje dimenzija materijala (legirani čelik), C2 = 0 mm , dodatak na koroziju i habanje.

Na cilindričnom omotaču aparata, nalazi se priključak za dovod i odvod pare DN 300 (3187,5), kao i priključak za odvod kondenzata DN 65 (76,15,55).

Koeficijent slabljenja usled postojanja otvora određuje se u zavisnosti od vrste i veličine otvora (JUS M.E2.256), 8:

v = min(vv;vA1;vA2) = min (0,8;1;1) = 0,8

Page 14: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 15 15

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

Iz ovog rezultata se vidi da nema smisla dalje ići na proračun pri ispitnim uslovima, već usvajam najmanju dozvoljenu vrednost sa aspekta krutosti konstrukcije, prema preporuci T.6.4. [1] : s = 5 mm.

3.2.Proračun debljine zida standardnog danca (JUS M.E2.252), 8

Usvajaju se dva identična plitka torisferična danceta izrađena iscela. Proračun se izvodi na najgore uslove kojima je izloženo dance: voda u donjoj levoj komori ima temperaturu t = 55C, proračunski pritisak je p = 1,5 bar.

Proračun debljine zida cilindričnog dela danca

gde je:

Ds = 710 mm , spoljašnji prečnik omotača aparata (pretpostavljena debljina s = 2 mm), p = 1,5 bar , proračunski pritisak , K = 197 N/mm2 , proračunska čvrstoća 0,2 za materijal Č 0361 na proračunskoj temperaturi t = 55C , T.P.3.1. 6, S = 1,5 , stepen sigurnosti , v = 1 , ne postoje zavareni spojevi ni izrezi na cilindričnom delu , C1 = 0,3 mm , dodatak na dozvoljeno odstupanje dimenzija materijala , C2 = 1 mm , dodatak na koroziju i habanje.

Proračun debljine zida torusnog dela danca

gde je:

β , proračunski koeficijent , određuje se sa odgovarajuće slike P.5.3 6:

Page 15: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 16 16

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

di = 0 , unutrašnji prečnik otvora na torusu (nema ga u ovom slučaju),

Proračun debljine zida sfernog dela danca (kalote)

Iz geometrije dubokih ispupčenih danaca:

, unutrašnji poluprečnik kalote, unutrašnji prečnik kalote

, spoljašnji prečnik kalote

Na cilindričnom omotaču aparata, nalaze se priključci za dovod i odvod vode DN 200 (216×6mm).Koeficijent slabljenja usled postojanja priključaka određuje se u zavisnosti od vrste i veličine otvora (JUS M.E2.256), 8.

gde je:

s = 2,5 mm , prva pretpostavljena debljina kalote,

, dodatak na dozvoljeno odstupanje dimenzija materijala priključka (T. P.4.9. 6),

C2s = 1 , dodatak na koroziju i habanje.

Page 16: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 17 17

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

Dance je izrađeno iscela pa je vv = 1.

v = min(vv;vA) = min (1;1) = 1

Na osnovu izračunatih debljina delova danca, pošto je dance izrađeno iscela, usvaja se prva veća stndardna vrednost od najveće izračunate debljine lima s = 2,5 mm.

Provera na elastično ulubljivanje danca od unutrašnjeg natpritiska

Dance je dovoljno dimenzionisano na elastično ulubljivanje ako je pB 1,5 p = 2,25 bar,

gde je:

pB , bar , pritisak ulubljivanja, određuje se sa Slike P.5.4. 6

Do elastičnog ulubljivanja neće doći pod dejstvom unutrašnjeg natpritiska grafika.

Provera debljine danca na ispitne uslove

Ispitna temperatura: ti = 20CIspitni pritisak: pi = 1,3pStepen sigurnosti: S = 1,1Proračunska čvrstoća: K = 205 N/mm2

Provera debljine zida cilindričnog dela danca

Page 17: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 18 18

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

Manje od proračunatog za radne uslove.

Provera debljine zida sfernog dela danca

Manje od proračunatog za radne uslove.

Provera debljine zida torusnog dela danca

Manje od proračunatog za radne uslove.

Na osnovu proverenih debljina delova danca, pošto je dance izrađeno iscela, ostaje debljina lima s = 2,5 mm. Zbog robusnosti konstrukcije i korišćenja kuke pri montaži, usvajam debljinu danaca s = 4 mm na strani sigurnosti.

Geometrijske karakteristike plitkog danca

, usvajam .

Uslovi za primenu standarda po kojima je proračun izvršen

Page 18: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 19 19

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

Svi uslovi su ispunjeni.

3.3.Proračun vijaka (JUS M.E2.257), 8

Usvajaju se kružni vijčani spojevi sa zaptivačima unutar kruga rupa.

3.3.1.Proračun sila u vijcima

Najmanja sila u vijku za radno stanje je:

gde je:

di = 710 mm , unutrašnji prečnik prirubnice,

dD = 749 mm , srednji prečnik zaptivača,

bD = 13 mm , korisna širina zaptivanja, K1, koeficijent zaptivača za stanje pri radu (vrednosti za tečnost), T.P.5.6. 6:

K1 = 0,8 bD = 0,8 13 = 10,4 mm , SD = 1,2 , pomoćna vrednost.

Kako je ispitni pritisak pi = 1,3p ,razlike nisu velike pa sledi da ne treba računati FSB za ispitno stanje.

Page 19: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 20 20

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

Najmanja sila u vijku za ugradno stanje je:

gde je:

k0 , koeficijent zaptivača za stanje pri ugradnji, KD , otpor promeni oblika materijala zaptivača.

(T.P.5.6. 1).

3.3.2.Proračun prečnika vijaka

Za radno stanje prečnik vijaka se određuje po obrascu:

Usvajam priključne mere prirubnice (T.P.4.18. 6), JUS M.B6.011:

DN 700 nazivni prečnikPN 2,5 nazivni pritisakD = 860 mm spoljašnji prečnik d = 810 mm podeoni prečnikd1 = 26 mm prečnik rupeM24 navoj vijkan = 24 broj vijaka

Za vijke sa punim stablom, proračunskom čvrstoćom određenom prema granici razvlačenja i nalegajućim povrvršinama obrađenim skidanjem strugotine (T.P.4.18 6):

Z = 1,51 pomoćna vrednostK = 197 N/mm2 proračunska čvrstoća za materijal čelika Č 0345 na radnoj

temperaturi t = 55ºCC5 konstrukcioni dodatak

Za ugradno stanje prečnik vijaka se određuje po obrascu:

Page 20: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 21 21

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

gde je:

Z = 1,29 , pomoćna vrednost, K20 = 205 N/mm2 , proračunska čvrstoća za materijal čelika Č 0345 na 20ºC.

Usvajamo vijak M24, koji je preporučen standardom JUS M.B6.011.

3.4.Proračun prirubnica (JUS M.E2.258), 8

Usvajamo prirubnicu za privarivanje sa prstenastim ispustom. Potrebna visina oboda prirubnice:

gde je:

s1 = 4 mm , debljina zida omotača na koji se privaruje prirubnica, du = 710 mm , unutrašnji prečnik prirubnice (spoljašnji prečnik aparata), Z , pomoćna vrednost:

dL = d1 = 26 mm , prečnik rupe za vijke, ds = 860 mm , spoljašnji prečnik prirubnice, V = f(du) = f(710) = 0,5 , pomoćna vrednost, , redukovani prečnik rupe za vijke:

b , mm , proračunska dvostruka širina prirubnice:

a , mm , krak delovanja sile u vijku za radno stanje:

aD , mm , krak delovanja sile u vijku za ugradno stanje stanje:

Page 21: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 22 22

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

S = 1,5 , stepen sigurnosti pri prorač. (radnoj) temperaturi (JUS M.E2.250), K = 197 N/mm2 , proračunska čvrstoća za materijal prirubnice Č 0361, na t = 55ºC, W , mm3 , otporni moment prirubnice za radno stanje:

S = 1,1 , stepen sigurnosti pri ispitnim (ugradnim ) (JUS M.E2.250), K = 205 N/mm2 , proračunska čvrstoća za materijal prirubnice Č 0361, na t = 20ºC, W , mm3 , otporni moment prirubnice za ugradno stanje:

,

Kao merodavan, uzima se veći otporni moment W = 60045 mm3.

Usvaja se visina oboda prirubnice hF = 25 mm.

3.5.Proračun cevnih ploča (JUS M.E2.259), 8

Usvajam okruglu ravnu cevnu ploču sa nadnesenim ivicama prirubnice. Potrebna debljina ploče iznosi:

gde je:

D1 = 700 mm , unutrašnji prečnik aparata, n = 488 , broj cevi u kondenzatoru, du = 20 mm, untrašnji prečnik cevi, pi = 1,5 bar , proračunski pritisak u cevi, K = 530 N/mm2 , proračunska čvrstoća 0,2 za materijal Č 4571 i temperaturu t = 91,9C ,

T.8. 5, (čvrstoća na 20C, umanjena za 10%), S = 1,5 , stepen sigurnosti , v , koeficijent slabljenja ploče usled otvora za cevi:

t = 28 mm , razmak između cevi.

Page 22: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 23 23

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

Prema preporukama iskusnijih, debljina cevne ploče treba da bude s = 20 mm.

3.6.Provera čvrstoće omotača usled dilatacija cevi cevnog snopa

Napon koji se stvara u cevi pri radnim uslovima:

gde je:

ds = 22 mm, spoljašnji prečnik cevi, p = 1 bar , radni pritisak sa strane cevi, s = 1 mm , debljina zida cevi, E = 1,25 105 N/mm2 , modul elastičnosti za bakar 5, = 1,76 10-5 K-1 , koeficijent termičkog širenja bakra 5, tz,max= 78,8C , maksimalna temperatura zida cevi tokom rada, tug = 15C, temperatura pri izradi razmenjivača.

Sila koja se sa svih cevi prenosi na omotač je:

A napon koji se javlja u omotaču:

Iako ovo nije uporedni napon, i nije merodavan za upoređivanje sa zateznom čvrstoćom, ipak i omotač ima svoje dilatacije usled povećanja temperature (rađen je najgori slučaj kao da omotač ima temperaturu 20C), konstatujem da ne treba postavljati kompenzator.

3.7.Provera cevi cevnog snopa na izvijanje (JUS M.E2.259), 8

Kritična sila izvijanja za jednu bakarnu cev je:

Page 23: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 24 24

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

gde je:

E = 1,25 105 N/mm2 , modul elastičnosti za bakar, J , mm4 , moment inercije poprečnog prstenastog preseka cevi,

lk , kritična dužina cevi za dati slučaj,

Sila opterećenja cevi je:

Ova sila u stvarnosti nije toliko veća od kritične sile izvijanja, ali nam sigurno zbog ovoga treba kompenzator. Usvajam jednozidni talasasti kompenzator sa preklopnim spojem, jednostrano zavarenim ispod priključaka za dovod i odvod pare. Proračun dimenzija kompenzatora se neće izvoditi, a debljinu lima za kompenzator usvajam polovinu debljine zida omotača na koji se zavaruje kompenzator.

3.8.Provera i zdržljivosti uvaljanog spoja cevi i cevne ploče (JUS M.E2.259), 8

Za uvaljani spoj sa žljebovima i ravan otvor dozvoljeni površinski pritisak pmax = 300 N/mm2

prema standardu za proračun cevnih ploča

gde je: lw = s =20 mm, dužina uvaljivanja jednaka debljini cevne ploče.

Page 24: Def Leg Mat Or

MAŠINSKI FAKULTETU BEOGRADUProcesna tehnika

Predmet:

Toplotni i difuzioni aparatiList br. 25 25

Br. indeksa Ime i prezime Šk. god. Datum Pregledao

LITERATURA

1 Jaćimović B., Genić S.: " Toplotne operacije i aparati", Mašinski fakultet, Beograd, 1992.

2 Jaćimović B., Genić S., Nađ M., Laza J.: " Problemi iz toplotnih operacija i aparata", SMEITS i Mašinski fakultet, Beograd, 1996.

3 Jaćimović B., Bogner M.: " Praktikum iz osnova tehnoloških procesa i aparata", Mašinski fakultet, Beograd, 1993.

4 Kozić Đ., Vasiljević B.,Bekavac V.: " Priručnik za termodinamiku u jedinicama SI" , Mašinski fakultet, Beograd, 1999.

5 Markoski M.: " Cevni vodovi", Mašinski fakultet, Beograd, 2000.

6 Bogner M.,Petrović A.: " Konstrukcije i proračuni procesnih aparata", Mašinski fakultet, Beograd, 1991.

7 Šašić M.: " Transport fluida i čvrstih materijala cevima " , Naučna knjiga, Beograd, 1990.

8 Bogner M.,Vojnović V.,Ivanović N.: " Propisi i standardi za stabilne i pokretne posude pod pritiskom " , Mašinski fakultet, Beograd,1993.