Обечайки, крышки и днища

Детали реакторов

Обечайка. Обечайка является главным составным элементом корпуса, это наиболее материалоемкий и ответственный узел (деталь) любого химического аппарата.

С точки зрения экономии материала и равномерного распределения напряжений, возникающих в материале стенок от нагрузок, наиболее благоприятной формой для обечайки является сферическая. Сфера обладает наибольшей поверхностью на единицу объема, и при заданном давлении толщина стенки ее оказывается минимальной. Однако изготовление сферических оболочек более сложно и дорого, чем изготовление цилиндрических обечаек. Кроме того, сфера – весьма неподходящая форма для размещения внутренних рабочих устройств аппарата и для организации тока взаимодействующих агентов. Поэтому сферическую форму придают или большим хранилищам для жидкостей и газов, в которых благодаря этому удается уменьшить вес конструкции, или аппаратам, в которых наименьшее отношение их наружной поверхности к объему существенно важно для хорошей работы, как, например, в танках для жидкого кислорода.

Наибольшее распространение в химическом аппаратостроении получили цилиндрические обечайки. Главным их достоинством является простота изготовления и рациональный расход материала. Поэтому при конструировании аппаратов, если это не идет в разрез с какими-либо особыми требованиями, предъявляемыми к аппарату, рекомендуется применять цилиндрические обечайки.

Значительно реже применяются емкостные аппараты, ограниченные не поверхностями вращения, а плоскими стенками. Плоские стенки (коробчатая обечайка) применяются только в аппаратуре, работающей при небольших перепадах давлений. Плоские стенки невыгодны потому, что они плохо сопротивляются действующему на них давлению и расход металла на единицу полезного объема в таких конструкциях бывает более высок. Удельный расход металла на изготовление прямоугольных резервуаров составляет от 90 до 130 кг на 1 м³ емкости, а для цилиндрических от 18 до 50 кг на 1 м³ емкости, т.е. в 3–5 раз меньше, чем для прямоугольных, причем удельный расход в обоих случаях уменьшается с увеличением емкости. Чем больше требуемая емкость, тем более выгодно применение цилиндрических резервуаров по сравнению с прямоугольными.

Такие аппараты применяют для работы при небольших перепадах давлений и обычно используют в качестве кожухов сушилок, погружных холодильников и конденсаторов, корпусов фильтров и тому подобных аппаратов.

Днища. Днища также являются составными элементами корпусов химических аппаратов. Они, как правило, органически связаны с обечайкой аппарата и изготовляются из того же материала.

В сварной и паяной аппаратуре днища обычно привариваются или припаиваются к обечайке; в кованой и литой аппаратуре из пластичных материалов они либо представляют собой одно целое с обечайкой, либо также свариваются с ней; в литой аппаратуре из хрупких материалов днище всегда выполняется заодно с обечайкой. Форма днища определяется сопрягаемой с ним формой обечайки, химико-технологическими требованиями, предъявляемыми к тому или иному аппарату, давлением среды в нем, конструктивными соображениями и бывает эллиптической, сферической, конической и плоской.

Сфера – это идеальная форма для днища, т.к. в сферической оболочке не возникают изгибающие напряжения, кроме того она наиболее выгодна в отношении хорошего использования материала.

Однако такие днища достаточно трудоемки, они имеют высокую стоимость, и увеличивают длину аппарата. Сферические днища также неудобны для размещения штуцеров и сложны в изготовлении.

Наиболее широко используются эллиптические днища, которые имеют следующие преимущества: простота изготовления, рациональное расходование конструкционного материала, хорошая сопротивляемость давлению среды.

Плоские днища применяются в основном в аппаратах, работающих при атмосферном давлении. Они представляют собой круглые пластины (отбортованные или неотбортованные), привариваемые по контуру к обечайке корпуса или присоединяемые другими способами.

Плоские днища просты по конструкции, для их изготовления не требуется специального оборудования. Однако по прочности они наименее надежны, поэтому их используют в конструкциях тонкостенных аппаратов, работающих под налив, при атмосферном или незначительном избыточном давлении, а также для люков и заглушек в аппаратах, нагруженных значительным избыточным давлением.

По экономических и технологическим соображениям плоские днища (крышки) применяют также в конструкциях толстостенных аппаратов высокого давления.

Конические днищаприменяются в 3-х случаях: 1) при необходимости удалять из аппаратов сыпучие материалы или жидкости с большим содержанием твердых веществ; 2) для лучшего распределения газа или жидкости по всему сечению аппарата и 3) в качестве конфузоров и диффузоров для постепенного изменения скорости жидкости или газа, что необходимо для уменьшения гидравлического сопротивления аппаратов.

Крышки. В отличие от днищ, неразъемно соединенных с обечайкой корпуса, крышки могут изготавливаться либо совместно с аппаратом, либо в виде съемных частей. Применение отъемных крышек для аппаратов больших диаметров считается нецелесообразным, прежде всего из-за повышенного расхода металла, трудоемкости изготовления фланцев большого диаметра и их уплотнения. Возможность внутреннего осмотра и чистки аппарата, а также сборки и разборки мешалок и внутренних устройств обеспечивается в этих случаях путем установки люков достаточно большого размера. Конструктивно крышки выполняются плоскими, сферическими или эллиптическими.