Materiałoznawstwo chemiczne i korozja

Materiałoznawstwo chemiczne i korozja projekt zbiornika dr inż. Szymon Woziwodzki 1

Literatura Jerzy Pikoń, Podstawy konstrukcji aparatury chemicznej, Wyd.Pol. Śląskiej 1979, tom1-3 Jerzy Pikoń, Atlas konstrukcji aparatury chemicznej,wyd.pol.śląskiej 1974 Tadeusz Wilczewski, Pomoce projektowe z podstaw maszynoznawstwa chemicznego.wyd.pol.gdańskiej 2008 2

Strony www http://www.pg.gda.pl/chem/katedry/masz yny/maszynoznawstwo.htm 3

Normy BN-75/2221-21 - wypukłości, Zbiorniki cylindryczne poziome i pionowe z dnami o małej BN-80/2201-02 - Szereg objętości nominalnych, BN-77/2211-43 - Króćce do zbiorników i aparatów, BN-76/2201-11 - Wsporcze konstrukcje cylindryczne, BN-73/2225-01 - Podstawy stojaków pod napędy mieszadeł pionowych, BN-83/2211-25.02 Włazy z pokrywą z dnem elipsoidalnym na ciśnienie nominalne 1,6, 2,0, i 4,0 MPa, BN-64/2252-01 - Główne wymiary łap aparatów pionowych, BN-221264/-02 - Dobór wielkości łap, PN-69/M-35413 - Dna o małej wypukłości stalowe tłoczone o średnicach wewnętrznych od 600 do 3200 mm, PN-69/M-35411 - Dna o małej wypukłości stalowe tłoczone o średnicach wewnętrznych od 33,5 do 508 mm, BN-79/2211-01 - Kołnierze nakładkowe stalowe na ciśnienie nominalne 0,6, 1,6, i 2,5 MPa PN 87/H-74731 - Kołnierze okrągłe płaskie do przyspawania na ciśnienia 0,25, 0,63, 1,0, 1,6 MPa 4

Forma projektu Format projektu: elektroniczny A4, pdf Projekt powinien zawierać: Stronę tytułową, Charakterystykę techniczną aparatu, Szczegółowy spis treści, Strony obliczeniowe zgodne z tokiem obliczeń, Wykaz oznaczeń i jednostek, Spis cytowanej literatury, Rysunek Materiały ofertowy dydaktyczne. Wszelkie (format prawa A2). 5

Strona tytułowa Co powinna zawierać strona tytułowa? 6

Dokumentacja techniczna A. Temat projektu. B. Dobór materiału C. Schemat ideowy zbiornika. D. Tok obliczeniowy. 7

Strony obliczeniowe DANE OBLICZENIA WYNIK Materiały Adam dydaktyczne. Nowak Wszelkie prawa str. 22 8

Dokumentacja techniczna D. Tok obliczeniowy 1. Obliczenie średnicy wewnętrznej zbiornika. 2. Obliczenie płaszcza zbiornika. 1. Obliczenie grubości ścianki aparatu. 2. Obliczenie rzeczywistej grubości ścianki aparatu. 9

Dokumentacja techniczna D. Tok obliczeniowy 3. Obliczenia i dobór dennic 1) Dennica górna. 2) Dennica dolna. 4. Wyznaczenie największej średnicy otworów w dnie nie wymagających wzmocnień. 1) Dobór króćca wlotowego. 2) Dobór króćca wylotowego 10

Dokumentacja techniczna D. Tok obliczeniowy 5. Wyznaczenie największej średnicy otworów w płaszczu nie wymagających wzmocnień. 6. Obliczenia pierścienia wzmacniającego 7. Obliczenie wysokości zbiornika. 1) Obliczenie wysokości części cylindrycznej. 2) Dobór kołnierza do płaszcza. 3) Obliczenie wysokości całego zbiornika. 8. Dobór włazu. 11

Dokumentacja techniczna D. Tok obliczeniowy 9. Obliczenie masy aparatu. 1. Zbiornika pustego. 2. Zbiornika zalanego. 10. Dobór łap wspornych. 1) Sprawdzenie stateczności podpory E. Rysunek ofertowy. 12

Rysunek ofertowy RYSUNEK OFERTOWY AutoCad (AutoCad 10.0) 13

Rysunek ofertowy Rysunek ofertowy Półwidok-półprzekrój zbiornika Widok z góry Rozrysowany jeden szczegół konstrukcyjny Tabelka 14

Dobór stali 15

Wykresy stali 16

Obliczeniowa grubość powłoki g 0 = 2,3 a D z p k z+ ow p ow = 2,3 a D w p k z ow p ow k naprężenia dopuszczalne na rozrywanie [N/m2] a współczynnik z współczynnik wytrzymałości spawu WUDT-UC-WO-O/01:01.2005 17

Objętość nominalna Ciecze V = 1, 2 V nom gazy V nom = V 18

BN-75/2221-21 19

BN-75/2221-21 20

BN-75/2221-21 21

Ciśnienie obliczeniowe wewnętrzne p ow Ciecze p ow = p w + p h = p w + ρgh c gazy p = p ow w 22

Wysokość słupa cieczy H c ( V V ) 4 H = d + c πd 2 w h d V d - objętość dennicy [m 3 ] (na podstawie BN-75/2221-21) H d - wysokość dennicy [m] (na podstawie BN-75/2221-21) 23

Naprężenia dopuszczalne k = R X e e k = R X m m R m wytrzymałość doraźna na rozrywanie, X m współczynnik bezpieczeństwa odniesiony do granicy wytrzymałości doraźnej, R e granica płynności na rozrywanie X e współczynnik bezpieczeństwa odniesiony do granicy płynności WUDT-UC-WO-O/00:01.2005 24

Współczynniki bezpieczeństwa X e Element Stale węglowe Stale stopowe Powłoka walcowa 1,8 1,65 Dna wypukłe 1,55 1,4 Dna płaskie 1,65 1,5 WUDT-UC-WO-O/00:01.2005 25

Współczynniki bezpieczeństwa X m Element Żeliwo Brąz, mosiądz, miedź, aluminium Powłoka walcowa 7 4 Dna wypukłe 7 3,4 Dna płaskie - - WUDT-UC-WO-O/00:01.2005 26

Współczynnik a β = Dz ( Dz 2gn ) β = Dz ( Dz 2grz ) gotowe elementy walcowe β 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 a 1,000 1,025 1,050 1,075 1,100 1,125 1,150 WUDT-UC-WO-O/01:01.2005 27

Współczynnik wytrzymałości szwu z Złącza spawane Powłoka niespawana 1,00 z Dwustronne złącze doczołowe Jednostronne złącze doczołowe z nakładką Jednostronne złącze doczołowe 1,00 z dop 0,95 z dop 0,8 z dop z dop = 0,7 1,0 WUDT-UC-WO-O/01:01.2005 28

Rzeczywista grubość ścianki g = g + 0 c c- naddatek grubości c = + + c c c 1 2 3 c 1 naddatek grubości na minusową odchyłkę blachy c 2 naddatek grubości na korozję c 3 naddatek grubości ze względu na dodatkowe naprężenia WUDT-UC-WO-O/00:01.2005 29

Rzeczywist grubość ścianki Maksymalne hutnicze odchyłki minusowe blach c 1 grubość g [mm] Blachy ze stali węglowej szerokość l [mm] c 1 [mm] grubość g [mm] Blachy ze stali stopowej szerokość l [mm] c 1 [mm] 5 do 2000 0,5 3 do 1000 0,3 6 7 do 2000 0,6 4 do 1000 0,4 8 10 do 2500 0,8 5 7 do 1000 0,6 11 25 do 3000 0,8 8 20 do 1000 i < 0,8 26 30 do 3000 0,9 21 30 >1000 0,9 WUDT-UC-WO-O/00:01.2005 30

Szybkość korozji Szybkość korozji 10 3 [m/rok] c 2 10 3 [m] Zastosowanie materiału <0,01 c 2 =0 Do budowy aparatów i maszyn 0,01 0,1 c 2 =0,1*τ Jak wyżej ale z naddatkiem c 2 0,1 0,5 c 2 =0,5*τ 0,5 1,0 c 2 =τ Do budowy aparatury z materiałów niedeficytowych Do budowy prostej aparatury (kadzie, wanny, cysterny itp.) 1,0 1,5 c 2 =1,5*τ Na części wymienne 1,5 2,0 c 2 =2*τ Do budowy taniej aparatury o dużej grubości ścianki 2,0 3,0 c 2 =3*τ Na często wymienne części aparatury 3,0 6,0 c 2 =6*τ Na elementy bardzo często wymienne 6,0 10,0 - Na bardzo częste wymienne grubościenne elementy (g>15 mm) >10,0 - Zastosowanie niedopuszczalne 31

Sztywność powłoki pionowej (p ow <0,7 bar) g sz = 10 2,94 10 3 ( D + 2,5) z R m 8!!!!!!!!!!!!g > g sz!!!!!!!!!! WUDT-UC-WO-O/01:01.2005 32

Grubość g sz g = 10 3 ( D + 2,5 ) sz z 2,94 10 R m 8 powłoka pionowa g sz = Dz 320 2,94 10 R m 8 powłoka pozioma 35

Grubość dennicy elipsoidalnej g = D pow y 4 k z z w + c Y w współczynnik wyoblenia dna WUDT-UC-WO-O/08:01.2005 36

Współczynnik y w H z /D z 0,18 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 ω=0 3,37 2,9 2,0 1,53 1,3 1,18 1,12 1,1 ω=0,5 3,37 2,9 2,0 1,65 1,42 1,3 1,23 1,2 ω=1,0 3,37 2,9 2,3 2,0 1,81 1,7 1,63 1,6 ω=2,0 3,92 3,68 3,21 2,92 2,69 2,5 2,33 2,2 ω=3,0 4,87 4,61 4,1 3,77 3,52 3,32 3,15 3,0 ω=4,0 5,78 5,53 4,99 4,58 4,28 4,04 3,86 3,7 ω=5,0 6,77 6,5 5,9 5,41 5,03 4,76 4,52 4,35 ω = d D Z g WUDT-UC-WO-O/08:01.2005 37

Współczynnik y w do obliczeń należy przyjmować y w z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku, dla wartości pośrednich należy stosować interpolację WUDT-UC-WO-O/08:01.2005 38

DNA ELIPSOIDALNE wg PN-75/M-35412 PN-88/M-35410 Dw [mm] hw [mm] V [dm 3 ] Średnica krążków [mm] hc [mm] 40 60 90 120 800 200 67 1080 1120 1180 900 225 95.5 1200 1250 1300 1350 1000 250 131 1320 1360 1420 1480 1100 275 175 1450 1490 1550 1600 1200 300 226 1580 1620 1660 1720 1300 325 288 1700 1740 1800 1850 1400 350 359 1820 1880 1920 1980 1500 375 442 1930 2000 2040 2100 1600 400 536 2050 2100 2160 2230 1700 425 643 2170 2230 2280 2350 1800 450 764 2290 2350 2400 2480 1900 475 898Materiały dydaktyczne. 2420 Wszelkie 2470 prawa 2530 2600 39

Długość części walcowej h w Długość części walcowej powinna wynosić co najmniej: 3 g 150 mm - przy g 50 mm - przy g > 50 mm WUDT-UC-WO-O/08:01.2005 40

Dno stożkowe bez wyoblenia g = Dst pow 2 k z cosα s + c D st - średnica stożka α - kąt nachylenia tworzącej stożka z s - współczynnik wytrzymałości złącza spawanego WUDT-UC-WO-O/05:01.2005 41

Dno stożkowe z wyobleniem g D p = st ow 2 k zs y w + c 30 o ; 45 o ; 60 o g ϕ π ( ) pow D r c = 0,34 w w k z + s 75 o D st - średnica stożka α - kąt nachylenia tworzącej stożka z s - współczynnik wytrzymałości złącza spawanego WUDT-UC-WO-O/05:01.2005 42

Długość części walcowej l w Długość części walcowej powinna wynosić co najmniej: 25 mm g+15 mm - przy g 10 mm - przy 10 mm < g 20 mm 0,5 g + 25 mm przy g > 20 mm WUDT-UC-WO-O/05:01.2005 43

Maks. otwór nie wymagający wzmocnienia ( g c ) ( z ) [ m] d, 3 1 = 0 81 Dw 2 1 r d 2 = 0, 35 D z [ m] d 0, 2 [ m] z r = 3 = pow ( Dw + g c2 ) 2, 3 k ( g c ) a 2 WUDT-UC-WO-O/18:01.2005 44

Obliczenia pierścienia wzmacniającego F = 2 wzmocnienia Lg wzmocnienia L = ( D + c ) nom 2g 2 2 g0 wzmocnienia g = ( 0, 5 0, 7)g wzmocnienia D2 < 2D nom WUDT-UC-WO-O/18:01.2005 45

Dobór łap 46

Smukłość podpory λ = l α I min F l - długość podpory [ α - współczynnik zamocowania podpory, α=2 I min - minimalny moment bezwładności podpory (z normy/tabel) 47

Stateczność podpory na wyboczenia λ>100 F kr = π 2 l EI 2 α min 2 l - długość podpory [ α - współczynnik zamocowania podpory, α=2 I min - minimalny moment bezwładności podpory (z normy/tabel) E - moduł Younga [Pa] F kr - siła krytyczna [N] 48

Stateczność podpory na wyboczenia λ>100 F dop = F kr X F rzecz = M aparatu g n grawitacji F < F rzecz dop F dop - siła dopuszczalna [N] F kr - siła krytyczna [N] X - współczynnik bezpieczeństwa, X=5 n - liczba podpór 49

Ceowniki równoramienne wyróżnik oznaczenia PN-H-93400:2003; DIN 1026-1 : 2000; PN-EN 10279:2003; EN 10279:2000 wymiary pow. masa wielkości statyczne s g t r r 1 przekr. 1m l x l y W x W y mm [cm 2 ] [kg] cm 4 cm 3 ceownik 50 38 5,0 7,0 7,0 3,5 7,12 5,59 26,4 9,12 10,6 3,75 ceownik 65 42 5,5 7,5 7,5 4,0 9,03 7,09 57,5 14,1 17,7 5,07 ceownik 80 45 6,0 8,0 8,0 4,0 11,0 8,64 106,0 19,4 26,5 6,36 ceownik 100 50 6,0 8,5 8,5 4,5 13,5 10,6 206,0 29,3 41,2 8,49 ceownik 120 55 7,0 9,0 9,0 4,5 17,0 13,4 364,0 43,2 60,7 11,1 ceownik 140 60 7,0 10,0 10,0 5,0 20,4 16,0 605,0 62,7 86,4 14,8 ceownik 160 65 7,5 10,5 10,5 5,5 24,0 18,8 925,0 85,3 116,0 18,3 ceownik 180 70 8,0 11,0 11,0 5,5 28,0 22,0 1350,0 114,0 150,0 22,4 ceownik 200 75 8,5 11,5 11,5 6,0 32,2 25,3 1910,0 148,0 191,0 27,0 ceownik 220 80 9,0 12,5 12,5 6,5 37,4 29,4 2690,0 197,0 245,0 33,6 ceownik 240 85 9,5 13,0 13,0 6,5 42,3 33,2 3600,0 248,0 300,0 39,6 ceownik 260 90 10,0 14,0 14,0 7,0 48,3 37,9 4820,0 317,0 371,0 47,7 ceownik 280 95 10,0 15,0 15,0 7,5 53,3 41,8 6280,0 399,0 448,0 57,2 50 ceownik 300 100 10,0 16,0 16,0zastrzeżone. 8,0 Szymon 58,8 Woziwodzki 46,2 8030,0 495,0 535,0 67,8

Sprawdzenie nacisków powierzchniowych stóp na fundament k n = F rzecz nf F = F rzecz nk n k n - dopuszczalne naprężenia na naciski gruntu, k n =2 Mpa F - powierzchnia zastrzeżone. podkładek Szymon Woziwodzki fundamentowych [m 2 ], F=a 2 51