Опорную плиту рассчитываем на изгиб, от действия напряжения смятия, как однопролётную балку с двумя консолями.
Принимаем размер опорной плиты 20×25см.
Принимаем,
что опорная плита опирается на брус с
.
Опорная реакция фермы при загружении
её снегом на всём пролёте:
Лунная среда принесет некоторые уникальные преимущества для процессов дистилляции, как было указано в интересной статье о фракционной дистилляции в лунной среде. Из-за криогенных температур, имеющихся на Луне, возможна вакуумная дистилляция при более низких тепловых нагрузках и более чистых отделениях.
В обычной практике фракционирование проводят в изолированных вертикальных, цилиндрических фракционирующих колоннах или башнях с использованием различных типов контактирующих устройств с конденсаторами наверху для охлаждения и частичной конденсации верхних продуктов и ребойлеров на дне для нагрева и частичного испарения нижние продукты. Фракционирующие башни также могут иметь несколько выходов с интервалами по колонне, что позволяет выводить различные продукты с разными точками кипения или диапазонами кипения.
Напряжение смятия под опорной плитой:
<
Изгибающий момент консоли имеет большее значение, чем изгибающий момент в средней части плиты.
Для расчёта полосы шириной 1см:
Момент сопротивления:
Когда жидкие смеси, которые должны быть разделены, подобны в точках кипения, иногда может использоваться дистилляция прядильной полосы, в которой спиннинг спиральной полосы, изготовленной из инертного материала, используется для подталкивания восходящих паров и нисходящих жидкостей к сторонам колонны, в тесном контакте друг с другом и обеспечивая большее количество циклов испарения-конденсации и тем самым ускоряя уравновешивание. Спиннинг-дистилляция сначала использовалась Гарольдом Клейтоном Ури для разделения различных составов изотопной воды, но позже использовалась в нормальных, неизотопных дистилляциях, где она оказалась намного лучше других методов дистилляции.
Необходимая толщина плиты:
Принимаем
толщину плиты
→
,
из условий коррозионной стойкости и
свариваемости (ГОСТ 82-70).
В промышленных барабанах фракционирования обычно используется рефлюкс для повышения эффективности разделения продуктов фракционирования. Рефлюкс относится к части сконденсированного верхнего продукта, который возвращается в башню. Рефлюкс, протекающий вниз, обеспечивает охлаждение, необходимое для конденсации паров, протекающих вверх. Коэффициент флегмы, который представляет собой отношение рефлюкса к верхнему продукту, обратно связан с теоретическим числом этапов, необходимых для эффективного разделения продуктов дистилляции, причем двумя экстремальными теоретическими и непрактичными возможностями являются использование минимального коэффициента орошения с бесконечным числом этапов или с использованием общего рефлюкса с минимальным количеством этапов.
Расчёт сварных швов прикрепления поясных уголков к вертикальным фасонкам в опорном узле.
Усилие на шов у обушка одного уголка:
Усилие пера уголка:
Принимаем
катет шва
.
С точки зрения дизайна общий рефлюкс можно рассматривать как столбец бесконечного диаметра, работающий при бесконечно больших скоростях пара и жидкости. На практике оптимальный выбор отношения рефлюкса и количества теоретических этапов основывается на экономических соображениях. Увеличение коэффициента рефлюкса уменьшает количество теоретических этапов и, следовательно, снижает стоимость строительства колонны. Большинство столбцов рассчитаны на работу в диапазоне от 2 до 5 раз минимального коэффициента рефлюкса, поскольку это примерно соответствует минимальным эксплуатационным расходам.
Требуемая длина шва у обушка:
где
-расчётное
сопротивление
металла
шва. Для принятых электродов
-
коэффициент глубины проплавления. При
расчёте по металлу шва
.
Для существующей дистилляционной колонны с фиксированным числом ступеней коэффициент рефлюкса может использоваться для воздействия на стационарную работу агрегата и максимизации операционной прибыли. Фракционирующие колонны обычно состоят из двух секций: верхней выпрямляющей секции и нижней секции зачистки. Выпрямление обычно используется для обозначения очистки или очистки путем дистилляции в частности, а на других языках, таких как французский или немецкий, используется для обозначения фракционирования.
Однако в строгом техническом смысле ректификация на английском языке относится только к той части процесса фракционирования, в которой концентрация более летучих компонентов увеличивается в верхней части колонны фракционирования. С другой стороны, снятие изоляции относится к части процесса фракционирования, в которой более летучие компоненты удаляются из жидкости в нижней части колонны фракционирования или, иногда, в отдельной разделительной колонне или десорбере. В большинстве отпарных секций или колонн обычно используется пар для удаления летучих компонентов из нисходящей жидкости.
-
коэффициент условий работы растянутого
элемента.
-
коэффициент учитывающий работу шва.
Требуемая длина шва у пера:
Двумя основными типами контактных устройств, используемых в колонках или башнях фракционирования, являются упаковка и лотки. Упакованные столбцы, также называемые столбцами с постоянным контактом, используют упаковку, которая может быть сеткой, случайной сбрасываемой или структурированной упаковкой, а столбцы лотков, также называемые ступенчатыми контактными колонками, используют лотки или пластины. Лотки, используемые в лотках, могут быть разных типов и конструкций, в том числе не только обычные лотки, такие как пузырьковая чаша, перфорированные и клапанные лотки, но также дефлекторные, тоннельные, высокопроизводительные, двухпоточные и несколько поддонов для сливного стакана.
Конструктивно
принимаем длину шва у обушка
,
длину шва у пера
.
Расчёт сварных швов прикрепления пластинки-ребра упорной плиты к вертикальным фасонкам.
Определим усилия в одном ребре:
Обычно упаковка предпочтительна для нагрузок, чувствительных к температуре или коррозийных, поскольку диапазон в упаковочных материалах шире, чем обычно доступен для лотков. Упаковка также предпочтительна для пенообразующих систем, где низкие скорости газа и жидкости в упаковке подавляют образование пены. Падение давления в упаковке также значительно ниже, чем в лотках. По этой причине упаковочные колонны предпочтительны в вакуумных службах и там, где важно падение давления, или когда экономично минимизировать его.
Кроме того, упаковочные колонны обычно используются для более низких нагрузок из-за характеристик массопереноса упаковки. Массоперенос в упаковках применяется на тонкой пленке жидкости, которая распространяется по площади поверхности упаковки. Если скорость жидкости будет высокой, этот пограничный слой будет увеличиваться, уменьшая массоперенос.
Требуемая длина шва:
Фактическая длина шва:
>
Расчет промежуточного узла верхнего пояса.
Узел примыкания раскоса к верхнему поясу.
Конструкция
узла.
Узловой вкладыш.
Столбы для упаковки также используются для небольших башен с диаметром менее 3 футов, так как трудно получить доступ к таким башням изнутри для установки и обслуживания лотков. В большинстве операций нефтеперерабатывающих заводов лотки в основном используются для разделения нефтяных фракций на разных этапах нефтепереработки. Помимо общих преимуществ, о которых уже упоминалось, использования лотков для больших колонн и более высоких нагрузок на жидкость, другие факторы также спорят об использовании лотков в нефтяной промышленности.
Они включают в себя лучшее прогнозирование производительности, изменение состава корма и необходимость включения боковых выдержек, ребойлеров, конденсаторов и других сложностей. Изменение состава корма обычно допускается путем установки альтернативных точек подачи, но в упакованных башнях для каждой альтернативной точки подачи требуется дорогое распределительное оборудование.
Вертикальная
стенка металлического вкладыша
имеет
высоту и ширину такую же как и упорная
плита и рассчитывается на изгиб как
трехпролетная не разрезная балка под
действием напряжений смятия от упора
торца верхнего пояса.
Проектирование колонн фракционирования
Фракционирующие колонны предназначены для эффективного разделения жидких смесей или смешивающихся жидкостей. Энергоемкость дистилляции, добавленная к продолжающемуся увеличению затрат на энергию, сделала первостепенную важность для разработки быстрых процедур расчета для проектирования дистилляционных колонн.
В общем, методы проектирования для колонн фракционирования аналогичны конструктивным методам, используемым для других процессов разделения, таких как поглощение и экстракция. Что касается разных типов колонн фракционирования, процедуры проектирования для лотков для лотков лучше устанавливаются, чем для упакованных столбцов. Это особенно важно в отношении эффективности разделения, поскольку эффективность лотка может быть оценена более точно, чем высота упаковок, эквивалентная теоретической плите.
Напряжение смятия торца верхнего пояса:
МПа
МПа
Изгибающий момент пластинки - вкладыша шириной 10мм (расчетной полосы) определяем по формуле согласно п. 5.22 СНиП II-23-81:
Конструкция колонн фракционирования обычно выполняется в два этапа; дизайн процесса, а затем механический дизайн. Цель конструкции процесса - рассчитать количество требуемых теоретических этапов и потоков, включая коэффициент флегмы, теплоотвод и другие тепловые нагрузки. С другой стороны, целью механического проектирования является выбор внутренних элементов башни и расчет диаметра и высоты столба. Некоторые из факторов, участвующих в расчетных расчетах, включают размер и свойства загрузочной нагрузки и тип используемой дистилляционной колонны.
где
- изгибающий момент в крайнем пролете,
вычисленный как в
свободно опертой однопролетной балке;
L – расстояние между ребрами вкладыша, l=47мм=4,7см;
мм
– расстояние от сечения в котором
действует момент
до крайней опоры.
Эта фаза конструкции колонны оказывает большое влияние на стоимость колонны, поскольку выбор внутренних элементов влияет на все затраты системы дистилляции, включая колонну, несущие конструкции, соединительные трубопроводы и вспомогательные устройства, такие как ребойлер, конденсатор, питающий нагреватель и контрольные приборы.
За прошедшие годы была проделана большая работа по разработке эффективных и надежных автоматизированных процедур механического проектирования колонн фракционной перегонки. Помимо дороговизны лицензии, использование доступных строгих коммерческих программ моделирования дробных дистилляционных колонн часто требует некоторого времени для изучения.
Требуемая толщина стенки:
Принимаем
толщину стенок вкладыша
.
Однако в большинстве случаев правильная конструкция многокомпонентных колонн фракционирования с несколькими подачами и побочными потоками не является простой и не всегда является простой задачей, особенно в нефтяной промышленности, где фракции, подлежащие разделению, представляют собой не простые смеси, состоящие из два или три компонента, но представляют собой сложные смеси различного состава и свойств и которые состоят из десятков или сотен различных соединений. В нефтеперерабатывающей промышленности проектирование и эксплуатация башен фракционирования по-прежнему в основном осуществляется на эмпирической основе.
Определим диаметр узлового болта.
2) Узловой болт, работает на изгиб:
где
-
толщина
ребра пластинки – вкладыша;
-
толщина
пластинки – наконечника раскоса,
принимаем
;
Расчеты, связанные с проектированием колонн фракционирования нефти, требуют в обычной практике использования счетных диаграмм, таблиц и сложных эмпирических уравнений. Такие графики, таблицы, уравнения и другие вспомогательные средства дизайна уже давно доступны в литературе, но их использование часто длительное и утомительное, и результаты не всегда надежны. Затем можно использовать диаграммы, таблицы и эмпирические уравнения, и различные доступные методы расчета можно напрямую сравнивать и оценивать для достижения лучших результатов проектирования.
Д –
усилие в раскосе,
;
Определение W тр.
Требуемый диаметр болта:
(т. к.
)
Расчет диаметра колонны
В промышленных применениях диаметры фракционирующих колонн сильно различаются и могут варьироваться от примерно 65 см в меньших башнях до примерно 6 м и более в больших колоннах, даже до 15 м или 50 футов в некоторых случаях. Как правило, диаметр колонки относительно нечувствителен к изменениям рабочей температуры или давления. Тем не менее, правильная калибровка диаметра колонны необходима для эффективной работы и эксплуатации колонн фракционирования. Если диаметр колонки не имеет надлежащего размера, могут возникнуть проблемы с эксплуатацией, и желаемое разделение не будет достигнуто.
см
Принимаем
узловой болт
(Гринь, приложение на стр. 40),
,
Напряжение смятия болта:
где,
Напряжение среза болта:
(т. 58 СНиП II
– 23 - 81)
Расчет пластин – наконечников.
3) Раскосы
соединяются с верхним и нижним поясом
металлическими пластинками – наконечниками
сечением
.Металлические
пластинки работают на продольный изгиб
на длине, равной расстоянию от центра
узлового болта до места упора деревянной
части раскоса.
Свободная
длина пластинок – наконечников
.
Гибкость пластинок – наконечников:
- сжатые стержни
стальных ферм (с. 222, Беленя)
Коэффициент
продольного изгиба (т. 72 СНиП II
– 23 – 81, или Беленя, с.534, прил. 7) для стали
с расчетным сопротивлением сжатию
,
Напряжение сжатия в пластинах – наконечниках:
где А сж - площадь поперечного сечения пластинки – наконечника
- коэффициент
условия работ сжатых элементов ферм
для
(согласно
СНиПII-23-81,
п.6)
для
сжатых элементов ферм (согласно СНиП
II-23-81,
п.6)
Пластину, в которую упирается деревянный раскос рассчитываем на поперечный изгиб приближенно как простую балку с сечением тавровой формы так же, как и в упорной плите, опорного узла.
В данном случае:
Статический момент поперечного сечения относительно оси х 1
Расстояние от оси х 1 до центра тяжести расчетного таврового сечения:
Момент инерции относительно оси X, проходящий через центр тяжести сечения;
Момент поперечного сечения:
Напряжение смятия торца раскоса:
-
площадь смятия
R см =9,75 МПа – расчетное сопротивление смятию вдоль волокон.
Изгибающий момент:
где l=150мм – расчетный пролет плиты, равный расстоянию между пластинами – наконечниками в осях;
- ширина плиты
Напряжение изгиба:
4) Определение t пластины узлового вкладыша.
Составляющие усилия раскоса, перпендикулярная верхнему поясу, воспринимается упором в верхний пояс нижней пластинки узлового вкладыша.
Напряженное смятие поперек волокон верхнего пояса под пластинкой вкладыша:
где, h пл - высота плиты;
h 3 – величина зазора;
R см90 – расчетное сопротивление смятию в опорных частях конструкции и узловых примыканиях элементов, для древесины сосны и ели R см90 = 3 МПа (т.1, Гринь или т.3 СНиП II-25-80);
Изгибающий момент в консоли нижней пластинки с расчетной полосы шириной b=10мм:
Необходимый момент сопротивления:
Требуемая толщина пластины:
где b – ширина расчетной полосы; b=1 см.
Принимаем
толщину пластинки
= 10мм.
Коньковый узел фермы может решаться с помощью стального крепления, состоящего из двух фасонок и треугольной диафрагмы, болтов. Сжатые стержни верхнего пояса крепятся прямыми лобовыми упорами и болтами к наклонным поверхностям диафрагмы, а растянутый стержень средней стойки крепится гайкой к горизонтальной поверхности диафрагмы.
а) Расчет металлической стенки- вкладыша.
В коньковом узле между концами панелей верхнего пояса установлен металлический вкладыш.
Смятие торца верхнего пояса:
- расчетное
сопротивление смятию вдоль волокон
элемента постоянного по высоте сечения
прямоугольной формы, выполненного из
сосны веймутовой.
Металлическую стенку вкладыша рассчитываем на изгиб как консольную балку под действием напряжений смятия от упора торца верхнего пояса.
Изгибающий
момент консольной части стенки вкладыша
при ширине расчетной полосы шириной
.
где
Момент в средней части:
Необходимый момент сопротивления:
Требуемая толщина стенки вкладыша:
Принимаем
.
б) Расчет уголка - шайбы стойки:
Уголок – шайбу стойки рассчитывают на изгиб:
где
- расстояние между ребрами вкладыша.
Требуемый момент сопротивления:
Принимаем
,
Момент сопротивления:
- расстояние от
грани уголка до нейтральной оси;
- высота уголка,
;
- расстояние до
центра тяжести,
;
- радиус инерции
уголка,
.
3.3 Расчет базы колонны .
Расчетными элементами базы являются опорная плита и траверсы (рис. 3.3) .
Расчет базы для колонны сплошного сечения производится в следующем порядке.
1. Определяют требуемую площадь опорной плиты
где N = 595,29 кН - расчетное усилие в колонне;
R В = 0.75 кН/см 2 - прочность бетона на сжатие-для бетона класса В12,5 ;
Площадь верхнего обреза фундамента.
Поскольку при расчете базы соотношение неизвестно, то коэффициентом задаются в пределах 1,2 ... 1,5 . Задаемся для нашего случая
2. Определяется ширина плиты
где 
- расстояние
между траверсами;
Толщина траверсы, принимаемая в пределах 1 ... 1.6 см;
C = 8 см-ширина свеса плиты для наложения сварных швов, назначаемая в пределах 5...8см.
3. Определяется длина плиты
Размеры B и L округляют до удобных конструктивных размеров, кратных 2 см. Назначаем длину плиты L = 50 см, а В=50см.
4.Определяется толщина плиты по формуле
где - наибольший изгибающий момент на участках плиты.
Плита базы рассматривается состоящей из нескольких независимых друг от друга пластинок, отличающихся условиям опирания. Например, участок, опертый по четырем сторонам,-1, опертый на три канта,-2 , и консольный участок - 3. На каждом из выделенных участков плиты определяется изгибающий момент.
Участок 1. Максимальный изгибающий момент в середине участка находится по формуле
где - напряжения под плитой базы;
Участок 2. Плита на этом участке закреплена по трем сторонам. Наибольший момент в середине свободной стороны плиты будет равен
где - коэффициент, зависящий от отношения закрепленной стороны () к свободной (), принимаемый по табл.3.3
При соотношении 
плита
рассчитывается как консоль при по формуле
Участок 3 не проверяется, поскольку он имеет меньший консольный свес.
Определяется толщина плиты по максимальному моменту на втором участке
Принимаем толщину плиты 
.
5. Определяется высота из условия прочности сварных швов, необходимых для передачи усилия со стержня колонны на траверсы.
где 4 - количество угловых швов;
0,8 - катет углового шва;
Коэффициент глубины провара шва, определяемого по табл.56.
- расчетное
сопротивление углового сварного шва, определяемого по табл.56 .
Окончательно высота траверсы:
По сортаменту принимаем 160 мм.
Находится максимально допустимая длина углового сварного шва
6.Определяется катет угловых швов, прикрепляющих траверсы к опорной плите
где - суммарная длина сварных швов.
Принимаем 
Проверку прочности траверсы производится как для балки на двух опорах. Пролет траыерсы L=34см
Равномерно распределенная нагрузка: 
.
; ,
где l 1 =a 2 , l 2 =b 1 .
Проверка прочности траверсы:
где 
.
3.4 Расчет оголовка колонны .
Наибольшее распространение получил оголовок, изображенный на рис.3.4 , который состоит из плиты и ребер, поддерживающих опорную плиту оголовка и передающих нагрузку на cтержень колонны.
Опорное давление передается с опорной плиты на опорное ребро, затем на стенку колонны и далее равномерно распределяется по сечению стержня. Порядок расчета оголовка колонны следующий.
1. Принимается толщина опорной плиты оголовка в пределах 1.6
... 2,5 см. Назначаем 
2. Определяется ширина опорных ребер оголовка
Поскольку в нашем
случае в оголовке два опорных ребра, то ширина каждого равна 
Такая толщина сварного шва больше максимальной возможной толщины, равной , поэтому для получения нужного размера фрезеруем торец ребра.
6. Производится проверка на срез по формуле
ЛИТЕРАТУРА.
1.СНиП II -23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования. М., Стройиздат, 1988 г. - 93 с.
2.Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов. Под ред. Е.И.Беленя. - 6-е изд.-М., 1985.- 560 с.
3.СНиП II.01.07- Нагрузки и воздействия М. Стройиздат, 1988 г.
4.Справочник конструктора по стальным конструкциям под общей редакцией профессора Н.П. Мельникова. - М., 1965г.
5. Примеры расчета металлических конструкций 2-е издание. Под ред. А. П. Мандрикова М., Стройиздат, 1991 г. –431с.
6. Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по курсу “ Металлические конструкции “, Под. ред. А.В.Кропачева.
ЦЕЛЬ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ 1
1. КОМПОНОВКА РАБОЧЕЙ ПЛОЩАДКИ 1
1.1 Выбор схем балочных клеток 2
1.2 Подбор сечения второстепенных и вспомогательных балок 3
2. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ГЛАВНОЙ БАЛКИ 4
2.1 Компоновка и подбор сечения главной балки 5
2.2 Изменение сечения балки по длине 8
2.3 Проверка местной устойчивости элементов балки 10
2.4 Расчет поясных швов 16
2.5 Расчет укрупнительного монтажного стыка балки 17
2.6 Расчет опорного узла балки 19
3. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЦЕНТРАЛЬНО-СЖАТЫХ КОЛОНН
3.1 Определение расчетной длины колонны и действующих нагрузок 22
3.2 Расчет сплошной колонны 22
3.3 Расчет базы колонны 25
3.4 Расчет оголовка колонны 28
