Выдержит колонна или нет?

форум для обсуждения технологических вопросов, появляющихся в химической и смежных отраслях
chemtech and the results of science in real production
kika
Сообщения: 7031
Зарегистрирован: Ср окт 04, 2006 1:59 pm

Выдержит колонна или нет?

Сообщение kika » Ср ноя 05, 2014 10:20 pm

Уважаемые коллеги!
Помогите, пожалуйста, оценить ситуацию.
У меня есть стеклянная колонна высотой 3 метра и диаметром 30 см.
Толщина стенки где-то 6 мм. Колонна наполнена сорбентом с насыпной
плотностью 0,8-0,9. И теперь снизу мне надо подавать реакционную
смесь со скоростью 350-400 л/ч. Не лопнет у меня колонна случайно?
Выдержит ли она такой напор, если сорбент будет наполнен почти
доверху колонны?
В качестве мер безопасности колонна будет изолирована стальной
сеткой. Но вот мастера мне отказываются наполнить целую колонну,
только до половины. После обсуждений сошлись, что заполнят на 3/4.
Когда в реальности увидела эту двухэтажную колонну, конечно, испугалась,
выдержит ли она.
Буду признательна за любые советы и мнения.

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 12650
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение avor » Ср ноя 05, 2014 11:30 pm

У вас, что, механика на производстве нет? Прочность(давление разрыва) цилиндрической оболочки считается по уравнению Лапласа. Самое не вычислимое это сопротивление насадки, но его тупо можно померить экспериментально. Оно будет прямопропорционально квадрату скорости(объемный расход делить на площадь сечения колоны) и высоте насадки(вряд ли у вас там турбулентный поток получится). Все можно измерить с помощью дифманометра и расходомера на насадке небольшой высоты. А потом просто посчитать давление сопротивления при заданном расходе и заданной высоте насдки(например равной высоте колонны), сравнить с давлением разрушения трубы посчитанном по Лапласу и вы получите ответы на все мучающие вас вопросы

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 12650
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение avor » Чт ноя 06, 2014 4:32 am

Да и не забудьте добавить гидростатическое(Архимедово) давления столба жидкости. Так же нужно учесть запас прочности процентов 20, а лучше 50. Короче, все это должен знать и уметь инженер-механик.

Аватара пользователя
antabu
Сообщения: 5909
Зарегистрирован: Пн май 25, 2009 7:00 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение antabu » Чт ноя 06, 2014 8:38 am

Со стеклом механика-теория не всегда работает. Обсуждалось на примере колб Бунзена. Мелкая царапина приводит к потере прочности. Если же царапины затравить, прочность увеличивается. Ещё зависит от внутренних напряжений (отжига/закалки) и их расположений/направлений при изготовлении.
"Я не видел людей страшней, чем толпа цвета хаки"

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 12650
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение avor » Чт ноя 06, 2014 9:29 am

Так на то и делается запас 1,5, можно 2 взять.

kika
Сообщения: 7031
Зарегистрирован: Ср окт 04, 2006 1:59 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение kika » Чт ноя 06, 2014 9:37 am

avor писал(а):Да и не забудьте добавить гидростатическое(Архимедово) давления столба жидкости. Так же нужно учесть запас прочности процентов 20, а лучше 50. Короче, все это должен знать и уметь инженер-механик.
Огромное спасибо, avor!!!
У нас есть механики, которые напрямую с металлом работают,
и есть инженеры-технологи, а вот инженер-механик ... убег, по-видимому. :-)
От безысходности научилась теплообменники считать, вот
попробую с уравнением Лапласа разобраться.
Не случайно, наверное, мне казалось, что лучше установить
колонну из нержавейки...
Огромное спасибо за совет!

kika
Сообщения: 7031
Зарегистрирован: Ср окт 04, 2006 1:59 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение kika » Чт ноя 06, 2014 9:40 am

antabu писал(а):Со стеклом механика-теория не всегда работает. Обсуждалось на примере колб Бунзена. Мелкая царапина приводит к потере прочности. Если же царапины затравить, прочность увеличивается. Ещё зависит от внутренних напряжений (отжига/закалки) и их расположений/направлений при изготовлении.
Спасибо большое!
Пока колонну проверили вхолостую - налили воду, снизу не течет.
И еще установили предохранительный клапан или что-то в этом роде,
на случай, если давление как-то возрастет, насос отключится.

kika
Сообщения: 7031
Зарегистрирован: Ср окт 04, 2006 1:59 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение kika » Чт ноя 06, 2014 9:41 am

А помогла бы еще такая вещь, что не буду сразу выходить
на рабочую скорость до 400 л/ч, а буду потихоньку ее
прибавлять?

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 12650
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение avor » Чт ноя 06, 2014 10:19 am

не, это не поможет, без расчетов риск повышается. Если сами в это впряжетесь почитайте Задачник по курсу процесссов и аппаратов Романкова и Павлова и хотя бы ГОСТ 14249-89, а лучше Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Справочник. – 2-е изд. –Л.: Машиностроение,
1970. –752 с.

alex_sl
Сообщения: 52
Зарегистрирован: Пт окт 29, 2010 12:43 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение alex_sl » Чт ноя 06, 2014 4:39 pm

kika писал(а):А помогла бы еще такая вещь, что не буду сразу выходить
на рабочую скорость до 400 л/ч, а буду потихоньку ее
прибавлять?
По моему, это необходимое условие. Иначе будет гидродинамический удар, а его практически не рассчитать.

kika
Сообщения: 7031
Зарегистрирован: Ср окт 04, 2006 1:59 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение kika » Чт ноя 06, 2014 8:51 pm

Большое спасибо!
Спасибо за предложенную литературу!
Посмотрела Романкова и Павлова.
О решении уравнения Лапласа там ничего не нашла, только
полезный раздел - основное уравнение гидростатики...

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 12650
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение avor » Чт ноя 06, 2014 11:12 pm

kika писал(а):Большое спасибо!
Спасибо за предложенную литературу!
Посмотрела Романкова и Павлова.
О решении уравнения Лапласа там ничего не нашла, только
полезный раздел - основное уравнение гидростатики...
Ага мысль не поняли в Романкове нет сопромата. Сопромат в других указанных источниках. В Романкове вам как раз надо почитать гидродинамику в особенности про сопротивление трубы. Статика там малый вклад в давление будет вносить.

StYV
Сообщения: 3080
Зарегистрирован: Пн окт 24, 2005 11:43 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение StYV » Пт ноя 07, 2014 9:14 am

Гляньте здесь http://www.stresscalc.ru/boiler/boiler.php
В инете чего только нет, можно книжки практически и не читать, вот только насколько можно доверять инету?
С уважением StYV.

kika
Сообщения: 7031
Зарегистрирован: Ср окт 04, 2006 1:59 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение kika » Пт ноя 07, 2014 12:49 pm

avor писал(а): Сопромат в других указанных источниках. В Романкове вам как раз надо почитать гидродинамику в особенности про сопротивление трубы. Статика там малый вклад в давление будет вносить.
Спасибо большое!
Романков был просто под рукой.
Все остальное в инете. Начну с ГОСТа...
Говорила с директором по производству. На уравнение Лапласа как-то он загадочно улыбнулся.
По его словам, надо просто побольше оставить место незаполненным сорбентом,
т.к. только в случае отсутствия достаточного простора и разбухания сорбента
может произойти треск колонны. Но все же согласился посмотреть на то, что у меня
получится (или не получится :-( ) рассчитать...
StYV писал(а):Гляньте здесь http://www.stresscalc.ru/boiler/boiler.php
С уважением StYV.
Спасибо большое!
Удобная вещица! Но только у меня стекло, а там марки стали предлагают. :-(

stearan
Сообщения: 979
Зарегистрирован: Пт мар 02, 2007 4:21 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение stearan » Пт ноя 07, 2014 2:14 pm

StYV писал(а):http://www.stresscalc.ru/boiler/boiler.php ..насколько можно доверять инету?
в данном конкретном случае имхо можно :)
kika писал(а):...только у меня стекло, а там марки стали предлагают. :-(
на марку стали пофиг, перебить значение "Допускаемое напряжение [σ]" подставив для стекла 20МПа (почтичтоотбалдынонесовсем/e-text/3-2_Mechanicke_vlastnosti_skla.pdf)
по условиям задачи, ни гидростатический напор (высота налива порядка 3м) ни динамическое ΔР (скорость движения потока порядка мм/сек) для прочности проблем не представляют. опасность может создать набухание сорбента, особенно если слой набухшего материала утеряет "текучесть" (т.е. расширение в ширину не может легко скомпенcироваться увеличением высоты слоя). но наибольшее внимание, имхо, заслуживает механическая сборка установки - чтобы лишние нагрузки на стекло не возникали от присоединенных труб,арматур, а также в местах закрепления самой колонны.
зы: запускать ток жидкости конечно стоит плавно, хоть и скорость маленькая, гидроудара надо по возможности избегать.

kika
Сообщения: 7031
Зарегистрирован: Ср окт 04, 2006 1:59 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение kika » Пт ноя 07, 2014 3:15 pm

Ура-а-а-а!!! Получилось что-то посчитать!
Когда была сталь с допустимым напряжением 147 МПа,
выходило допустимое рабочее давление 34,4 МПа.
А с подсказкой stearan на допустимое напряжение
для стекла 20 МПа получилось 4,68 МПа.
StYV, огромное спасибо за программку!!! :up:
Вот только незадача для меня, с чем это надо сравнивать? Изображение

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 12650
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение avor » Сб ноя 08, 2014 1:05 am

Не знаю, что вы там насчитали у меня при прочности стекла на разрыв 80МПа и толщине стенки 6 мм давление разрыва колоны получается 3,2МПа. Если коэффциент запаса брать 2, то .выше 15 атмосфер статическое давление подымать не стоит. Про насадку мы ничего не знаем, кроме ее насыпной плотности. Откуда вы взяли, что у нее нет сопротивления и она набухает, неизвстно, может это керамические кольца или шары. Набухающими насадками пока они не набухнут колону в здравом уме никто не заполняет, если насадка по определению во время технолгического проесса меняет объем, заполнение всегда поизводят со свободным объемом под расширение.

stearan
Сообщения: 979
Зарегистрирован: Пт мар 02, 2007 4:21 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение stearan » Сб ноя 08, 2014 3:42 am

... получается 3,2МПа
да, если считать по "голому" Лапласу (без минусового допуска и всяких поправок) для [σ]=80МПа действительно получится давление разрыва 3.27МПа. однако, 80МПа для стекла - значение очень теоретическое. см.пост ув.коллеги antabu и напр. "Griffith theory of brittle fracture". реально в стекляных аппаратурах таких размеров избыточное давление (поверх гидростатического) обычно не превышает десятки кПа.
Про насадку мы ничего не знаем, кроме ее насыпной плотности. Откуда вы взяли, что у нее нет сопротивления и она набухает, неизвстно, может это керамические кольца или шары...
было сказано что сорбент. у него свои причуды есть. но, как правило, в гладкой стекляной трубе расширение при набухании "безаварийно" преобразуется в увеличение высоты слоя, коль оставлен достаток свободного места. а "сопротивления нет" ибо скорость движения жидкости маленькая.

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 12650
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение avor » Сб ноя 08, 2014 7:31 am

Маленькая скорость, ни о чем не говорит ибо параметры насадки неизвестны, так же не известно наличиствует или нет решетка(фильтр) сверху , предотвращающая унос насадки.
На 3 метрах достаточно мелкой насадки, типа силит, при такой скорости мижно сотни и даже тысячи кПа получить. Поэтому я еще в первом посте предлагал сопротивление насадки определить экспериментально.

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 12650
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Выдержит колонна или нет?

Сообщение avor » Сб ноя 08, 2014 8:54 am

Кстати еще один источник о прочности стекла:
Теоретическая прочность стекла, т.е. прочность связей в его структурной сетке, является высокой и составляет примерно 10 000 МПа. Однако фактическая прочность стекла при растяжении гораздо ниже и колеблется в пределах 35... 100 МПа.
В справочнике химика для поцарапанного наждачкой №150 стекла приводится цифра 40МПа.

т.е. если 80 заменить на 35 то мы будем иметь давление разрыва 14 атмосфер а с двойным запасом 7 , что в общем приводит к обычным рекомендациям по стеклу. Теперь осталось выяснить будет ли сумма гидравлического сопротивления и гидростатического давления приближаться к этим цифрам и насколько. Если эта сумма не превышает 2 атмосфер я думаю особых рисков нет; если от 5-10, есть риск и это опасно; если выше 10, то это уже высокие риски.

Ответить

Вернуться в «химическая технология / chemical technology&production»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 12 гостей