УТВЕРЖДАЮ Проректор-директор ИПР ___________А. К

УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор ИПР
___________А. К. Мазуров
«___»_____________2011г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТРАСЛИ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 241000 Энерго- и ресурсосбеоегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: Машины и аппараты химических производств
КВАЛИФИКАЦИЯ _______бакалавр__________________
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА ____2011____ г.
КУРС__4_____ СЕМЕСТР ____8___
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ __4
ПРЕРЕКВИЗИТЫ _Б2.В.3.1, Б2.В.3.3, Б2.В.3.5, Б3.Б.1, Б3.Б.4, Б3.В3.1, Б3.В3.2
КОРЕКВИЗИТЫ _______ Б3 В.3.6.____________
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции__________________ _24_ час.
Практические занятия_____ 6_ час.
Лабораторные занятия_____ _30_ час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ _60_ час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА _48_ час.
ИТОГО _108 часа.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ _______очная_______
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ _ ЭКЗАМЕН (8)_
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ____кафедра ОХТ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
ОТВ. ЗА ПРОФИЛЬ МАХП
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
_____________ д.т.н., профессор В. В. Коробочкин
_______________ к.т.н, доцент Н.В.Ушева
_______________ к.т.н, доцент В. М. Беляев
_______________ В. М. Миронов
2011 г.
21
1. Цели освоения дисциплины
Цели дисциплины и их соответствие целям ООП
Цели освоения дисциплины
Код
«Расчёт и конструирование осЦели ООП
цели
новного оборудования отрасли»
Ц1
Формирование способности:
Подготовка выпускников к произ- расчета и конструирования машин водственно-технологической деяи аппаратов отрасли, выбора се- тельности в области энерго- и рерийного технологического обору- сурсосберегающих процессов в хидования;
мической технологии, нефтехимии
- выполнять технологический и ме- и биотехнологии, конкурентоспоханический расчеты технологиче- собных на мировом рынке.
ского оборудования
- конструирования, разработки технологии изготовления и наладки
специализированной оснастки или
технологического инструмента для
типового оборудования;
- работы на ЭВМ с использованием
целевых программ для отрасли специализации;
- оформления проектно - конструкторской документации.
Ц2
Формирование навыков самостоятельного решения задач проектирования технологического оборудования с использованием современных компьютерных технологий
Подготовка выпускников к проектной деятельности в области энергои ресурсосберегающих процессов в
химической технологии, нефтехимии и биотехнологии.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Согласно ФГОС и ООП «Химическая технология» дисциплина «Расчёт и конструирование основного оборудования отрасли» является вариативной дисциплиной и относится к профессиональному циклу.
Код дисциплины
ООП
Б.3.В.3.6
Наименование дисциплины
Модуль Б.3 (профессиональный)
Вариативная часть
Расчёт и конструирование основного
оборудования отрасли
2
Кредиты
Форма контроля
4
экзамен
До освоения дисциплины «Расчёт и конструирование основного оборудования отрасли» должны быть изучены следующие дисциплины (пререквизиты):
Код дисциплины
ООП
Б2.В.3.1
Б2.В.3.2
Наименование дисциплины
Кредиты
пререквизиты
Б2 Математический и естественнонаучный цикл
Основы автоматизированного проек6
тирования.
Форма контроля
экзамен
Теоретическая механика
4
экзамен
Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии.
Б3 Профессиональный цикл.
3
экзамен
Б3.Б.1
Инженерная графика.
3
экзамен
Б3.Б.4
Процессы и аппараты химической
технологии.
14
Б3.В.3.1
Прикладная механика
9
Б3.В.3.2
Конструирование и расчёт элементов
оборудования отрасли.
7
Б2.В.3.5
диф.зачёт,
экзамен
диф.зачёт,
экзамен
экзамен
При изучении указанных дисциплин (пререквизитов) формируются «входные»
знания, умения, опыт и компетенции, необходимые для успешного освоения дисциплины
«Расчёт и конструирование основного оборудования отрасли».
В результате освоения дисциплин (пререквизитов) студент должен:
Знать:
- цели и задачи проектирования новых и реконструкции действующих химических,
нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств;
- порядок разработки конструкторской документации;
- навыки проектирования деталей машин и машиностроительных конструкций;
- основы структурного программирования задач расчетного характера при проектировании и конструировании машин и аппаратов химических производств;
- принципы и основы создания баз данных для автоматизированного проектирования машин и аппаратов химических производств;
- теоретические основы инженерно-технологического расчёта химического оборудования
и типовых элементов;
- теоретические основы расчётов на прочность и жесткость наиболее распространенных
деталей и узлов машин, механизмов, приборов;
- коррозионные свойства материалов и принципы выбора конструкционных материалов с
учетом их физических и химических свойств и в зависимости от параметров работы оборудования;
- основные требования, предъявляемые к конструкциям машин и аппаратов, и факторов,
определяющих конструкцию основных деталей и сборочных единиц;
- современные методы конструктивного и прочностного расчета химического оборудования, обеспечивающих высокую техническую надежность его элементов и их конструктивное совершенство.
3
Уметь:
- читать и выполнять чертежи общего вида, сборочных чертежей, деталей, проекций и соединений;
- уметь решать задачи, связанных с пространственными формами и отношениями между
ними;
- использовать возможности персональных компьютеров при проектных и конструкторских разработках;
- использовать средства Microsoft Office при расчете основных машин и аппаратов химических производств;
- использовать для программирования одну из современных интеллектуальных программных средств, таких как интегрированные системы компьютерной алгебры, например,
MathCAD;
- производить гидравлические, тепловые и на основе закономерностей масообмена расчёты основного оборудования;
- правильно оценивать характер нагрузок, действующих на элемент машины или аппарата,
и грамотно изображать его расчетную схему;
- обоснованно выбирать наиболее дешевый и доступный конструкционный материал, расчетную нагрузку и допускаемое напряжение;
- проводить с использованием ЭВМ все необходимые конструктивные и механические
расчеты элементов разрабатываемого оборудования с учетом требований нормативнотехнической документации.
Кроме того, для успешного освоения дисциплины «Расчёт и конструирование основного оборудования отрасли» параллельно должны изучаться дисциплины (кореквизиты):
Код дисциплины
ООП
Наименование дисциплины
Кредиты
Форма
контроля
кореквизиты
Б3 Прфессиональный цикл
Б3.В.3.4
Технология химического машиностроения
4
зачёт
Б3.В.3.7
Машины и аппараты химических,
нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств.
8
экзамен
4
3. Результаты освоения дисциплины
Результаты освоения дисциплины получены путем декомпозиции результатов
обучения (Р1, Р2, Р4, Р8), сформулированных в основной образовательной программе
241000 «Химическая технология», для достижения которых необходимо, в том числе,
изучение дисциплины «Расчёт и конструирование основного оборудования отрасли».
Планируемые результаты обучения согласно ООП
Код реРезультат обучения (выпускник должен быть готов)
зультата
Профессиональные компетенции
Р1
Применять естественнонаучные и специальные знания в профессиональной деятельности
Р2
Р4
Р8
Применять знания в области энерго-и ресурсосберегающих процессов и оборудования химической технологии, нефтехимии и биотехнологии для решения производственных задач
Проектировать и использовать новое энерго-и ресурсосберегающее
оборудование химической технологии, нефтехимии и биотехнологии.
Использовать современные компьютерные методы вычисления, основанные на применении современных эффективных программных
продуктов при расчете свойств материалов, процессов, аппаратов и
систем, характерных для профессиональной области деятельности;
находить необходимую литературу, использовать компьютерные базы
данных и другие источники информации
Планируемые результаты освоения дисциплины «Расчёт и конструирование основного оборудования отрасли»
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать:
- классификацию теплообменных аппаратов (ТОА) и их конструкцию;
- конструкции основных элементов ТОА (трубных решеток, перегородок, стяжек и распорок, крышек и патрубков, компенсаторов и фланцевых соединений);
- методику выбора ТОА и их технологического механического и гидравлического расчета;
- классификацию колонных массообменных аппаратов (КМА) и основные требования к их
конструкции;
- требования к конструкции узлов ввода и вывода материальных потоков в КМА;
- основные этапы расчета КМА, их краткую характеристику;
- основные части КМА, их влияние на расчетные механические нагрузки;
- основные расчетные механические нагрузки на корпус КМА;
- происхождение эксцентрических нагрузок и методику их вычисления;
- основные расчетные сечения корпуса КМА;
- конструкции опор и их расчетные сечения;
- критерии надежности корпуса и опор КМА;
5
- типы аппаратов с перемешивающими устройствами (АПУ) и их конструкцию;
- методы подбора устройства для перемешивания и теплообмена на основе теплового расчета;
- методику расчета вала на виброустойчивость, жесткость и прочность.
Уметь использовать:
- стандарты, патентную и техническую литературу в области техники;
- каталоги технологического и вспомогательного оборудования для выбора готовых машин и аппаратов применительно к данному технологическому процессу;
- современные САПР для решения конкретных задач проектирования технологического
оборудования;
- готовые программы технологического и механического расчета химического оборудования или технологического оборудования смежных отраслей.
Владеть методикой:
- расчета и конструирования машин и аппаратов отрасли, выбора серийного технологического оборудования;
- конструирования, разработки технологии изготовления и наладки специализированной
оснастки или технологического инструмента для типового оборудования;
- работы на ЭВМ с использованием целевых программ для отрасли специализации;
- оформления проектно-конструкторской документации.
4 Структура и содержание дисциплины.
4.1. Расчет и конструирование кожухотрубчатых теплообменных аппаратов:
- классификация теплообменных аппаратов. Типы конструкций;
- последовательность проектирования;
- исходные данные для проектирования;
- технологический расчет;
- механический расчет;
- гидравлический расчет;
- способы крепления трубных решеток;
- преимущества и недостатки теплообменников типа н и к;
- основные размеры труб, используемых в теплообменниках, и способы их размещения и
крепления;
- конструкция трубных решеток, перегородок, стяжек и распорок;
- выбор пространства для теплоносителя;
- требования к конструированию и изготовлению кожуха;
- конструкции крышек и патрубков;
- конструкция фланцевых соединений и прокладок;
- деформации и нагрузки в кожухотрубчатых теплообменниках;
- конструкция компенсаторов и основы определения их числа;
- расчет теплообменных аппаратов с неподвижными трубными решетками, компенсатором или расширителем на кожухе.
6
4.2. Расчет и конструирование колонных массообменных аппаратов:
- колонные массообменные аппараты и основные требования к их конструкции;
- требования к конструкции узлов ввода и вывода материальных потоков;
- основные этапы расчета колонн, их краткая характеристика;
- основные части колонн, их влияние на расчетные механические нагрузки;
- основные расчетные механические нагрузки на корпус;
- происхождение эксцентрических нагрузок и их определение;
- основные расчетные сечения корпуса;
- конструкция опорной обечайки и её расчетные сечения;
- критерии надежности корпуса и опорной обечайки;
- конструкция нижнего опорного узла и его расчетные размеры;
- расчетная схема для определения ветровой нагрузки, основные требования к ней;
- расчет колонных аппаратов на прочность и устойчивость.
4.3. Расчет и конструирование аппарата с механической мешалкой.
4.3.1 Подбор устройства для перемешивания и теплообмена на основе теплового
расчета:
- определение требуемого теплового потока;
- расчет мощности, вводимой в аппарат перемешивающим устройством;
- расчет мощности и глубины воронки для быстроходных мешалок;
- расчет мощности для тихоходных мешалок;
- определение среднего температурного напора;
- расчет коэффициентов теплоотдачи для различных случаев теплообмена;
4.3.2. Расчет однопролетного вала с сосредоточенными массами на виброустойчивость, жесткость и прочность:
- принципиальная расчетная схема однопролетного вала;
- исходные данные для расчета однопролетного вала;
- расчет вала на виброустойчивость;
- расчет на жесткость сплошных валов постоянного поперечного сечения;
- расчет на жесткость гибких однопролетных валов.
4.3.3 Расчет консольного вала с сосредоточенными массами на виброустойчивость,
жесткость и прочность:
- принципиальная расчетная схема консольного вала;
- исходные данные для расчета консольного вала;
- расчет вала на виброустойчивость;
- расчет на жесткость сплошных валов постоянного поперечного сечения;
- расчет на жесткость гибких консольных валов.
Содержание практических занятий по дисциплине
- поверочный механический расчет кожухотрубчатого теплообменника
- поверочный механический расчет колонного аппарата
- тепловой и механический расчет аппарата с мешалками
Программа самостоятельной познавательной деятельности
7
(6 часов):
(2 часа);
(2 часа);
(2 часа).
(48 часов)
Для освоения теоретического материала программой дисциплины предусматривается выполнение трёх индивидуальных заданий:
1. Предложить вариант ТО по исполнению (кор. устойчивость) для заданных теплоносителей
Проанализировать правильность принятых конструктивных решений в предложенных вариантах кожухотрубных теплообменников. Прокомментировать обнаруженные ошибки и
дать рекомендации по правильному решению.
Подобать три варианта кожухотрубных теплообменников по ГОСТам Проанализировать
преимущества и недостатки всех трёх вариантов по максимальному количеству признаков.
2. Произвести расчёт колонны на ветровую нагрузку. Рассчитать сварной шов
крепления корпуса колонны к опорной обечайке.
3. Подобрать реактор с мешалкой по справочнику в соответствии с рекомендациями, но без теплообменного устройства. Произвести тепловой расчёт. Предложить вариант
реализации теплообмена.
Произвести расчёт вала мешалки на виброустойчивость, жёсткость и прочность. Предложить конструктивный вариант по устранению несоответствия показателей. Обосновать
Практические и лабораторные занятия проводятся в компьютерном классе, где студенты используют современные технические средства для расчета и контроля результатов
расчета. При выполнении индивидуальных заданий студенты используют:
- стандарты, техническую литературу, каталоги технологического и вспомогательного
оборудования для определения размеров и выбора готовых машин и аппаратов;
- современные САПР для решения конкретных задач проектирования технологического
оборудования;
- готовые программы технологического и механического расчета химического оборудования или технологического оборудования смежных отраслей.
Остальное время самостоятельной работы студентов запланировано на подготовку
к экзамену.
5.Текущий и итоговый контроль
Целью текущего контроля является проверка результатов самостоятельной работы
студентов, по которой они отчитываются в начале практических занятий, получая при
этом допуск к техническим средствам, и результатов практических занятий по мере их
выполнения.
Целью итогового контроля (экзамена) является проверка теоретических знаний по
вопросам проектирования технологического оборудования химических и смежных с ними
производств
Состав, периодичность, формы и способы контроля и оценки уровня знаний и умений, приобретаемых и усваиваемых каждым студентом при изучении дисциплины в целом, определены прилагаемым к программе рейтинг-листом.
Тестовые задания, которые позволяют определить уровень знаний, оцениваемый не
ниже, чем “удовлетворительно”, представляют собой экзаменационные билеты, включающие в себя набор из трех вопросов следующего списка:
8
1. Типы конструкций теплообменных аппаратов (ТОА).
2. Последовательность проектирования ТОА.
3. Исходные данные для проектирования ТО.
4. Цель технологического расчета ТОА.
5. Цель механического расчета ТОА.
6. Цель гидравлического расчета ТОА.
7. По каким критериям надежности проверяется ТОА в поверочном расчете по
ГОСТ Р 52857.7-2007.
8. От чего зависит выбор типа ТОА.
9. Способы крепления трубных решеток.
10. Преимущества и недостатки ТОА типа Н и К.
11. Основные размеры труб, используемых в ТОА, и способы их размещения и
крепления.
12. Конструкция трубных решеток, перегородок, стяжек и распорок в ТОА.
13. Что влияет на количество труб, размещаемых в кожухе заданного диаметра.
14. На основе чего производится выбор пространств для теплоносителей в ТОА.
15. Требования к конструированию и изготовлению кожуха ТОА.
16. Конструкции крышек и патрубков ТОА.
17. Конструкция фланцевых соединений и прокладки для ТОА.
18. Конструкция компенсаторов в ТОА и основы определения их числа.
19. Колонные массообменные аппараты (КМА) и основные требования к их конструкции.
20. Требования к конструкции узлов ввода и вывода материальных потоков в КМА.
21. Основные этапы расчета КМА, их краткая характеристика.
22. Основные части КМА, их влияние на расчетные механические нагрузки.
23. Основные расчетные механические нагрузки на корпус КМА.
24. Происхождение эксцентрических нагрузок и их определение.
25. Основные расчетные сечения корпуса КМА.
26. По каким критериям надежности рассчитывается корпус КМА.
27. Конструкция опорной обечайки и её расчетные сечения.
28. По каким критериям надежности проверяется опорная обечайка.
29. Конструкция нижнего опорного узла КМА и его расчетные размеры.
30. Расчетная схема КМА для определения ветровой нагрузки. Основные требования к ней.
31. Расчётная схема вала.
32. Какие факторы влияют на угловую критическую скорость.
33. Алгоритм выбора типа перемешивающего устройства.
34. Последовательность расчёта вала перемешивающего устройства.
35. По каким факторам производится расчёт вала.
6.Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
6.1. Перечень используемых при изучении компьютерных программ, баз данных и
иных средств обучения:
cilindr
emcosti
flanez
– расчет цилиндрических обечаек и днищ разного типа
- расчет емкостной химической аппаратуры
- расчет фланцевых соединений аппаратов, работающих под низким и сред9
ним давлением
krzad
- расчет краевых сил, напряжений и моментов
ras_con
- расчет конических обечаек и переходов
ucrepl
- расчет укрепления отверстий в тонкостенных аппаратах
conucrep
- расчет укрепления ребрами жесткости плоского и конического днища с
большим углом конусности
strop
- расчет строповых устройств химической аппаратуры
recupktr
– расчет стандартного кожухотрубчатого теплообменника
recupkt
– подбор стандартного кожухотрубчатого теплообменника
6.2 Перечень рекомендуемой литературы
6.2.1 Основная:
1. Конструирование сварных химических аппаратов : справочник / А. А. Лащинский ; под
ред. А. Р. Толчинского. — 2-е изд., стер. — М. : Альянс, 2008. — 384 с. : ил. — Библиогр.:
с. 379.
2. Анурьев, Василий Иванович. Справочник конструктора-машиностроителя : В 3-х томах
/ В. И. Анурьев ; Под ред. И. Н. Жестковой. — 8-е изд., перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 1999-. — ISBN 5-217-02964-5.
3. Михалев М.Ф. и др. /Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. - Л.: Машиностроение, 1984.
4. Конструирование безопасных аппаратов для химических и нефтехимических производств / Г.Г. Смирнов, А.Р. Толчинский, Т.Ф. Кондратьева; под общ. Ред. А.Р. Толчинского - Л. Машиностроение. Ленингр. отд - е, 1988.
5. Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. /Аппараты для перемешивания жидких сред: справочное
пособие - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд - е, 1979.
6.2.2 Дополнительная:
1. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник/ Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б.
Овандер и др., под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова - М.: Машиностроение, 1986.
Стали и сплавы. Марочник. Справ. Изд. / В.Г.Сорокин и др., - М.: «Интермед Инженеринг». 2001 – 608 с., ил.
2. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии : учебное
пособие / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. — 14-е изд., стер. — М. : Альянс,
2007. — 576 с. : ил. — Библиогр.: с. 502-509.
3. ГОСТ Р 52857.2-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчёт цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек- М.: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. 2008г.
4. ГОСТ Р 52857.3—2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлении. Расчет
на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер М.: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. 2008г.
5. ГОСТ Р 52857.4—2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений М.: Федеральное агентство
по техническому регулированию и метрологии. 2008г.
10
6. ГОСТ Р 52857.5—2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок М.: Федеральное агентство по
техническому регулированию и метрологии. 2008г.
7. ГОСТ Р 52857.6—2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
Расчет на проч-ность при малоцикловых нагрузках М.: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. 2008г.
8. ГОСТ Р 52857.7-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность. Теплообменные аппараты. М.: Федеральное агентство по техническому регулированию и
метрологии. 2008г.
9. ГОСТ Р 52857.8-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность. Сосуды и аппараты с рубашками. М.: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. 2008г.
10. ГОСТ Р 52630-2006. Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия.- М. Стандартинформ, 2007
11. ГОСТ 24305-80 Аппараты колонные сварные. Технические требования
12. ГОСТ Р 51274-99 Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы
расчета на прочность.-ИПК Издательство стандартов, 1999
13. ГОСТ Р 51273-99 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых и сейсмических воздействий. - ИПК Издательство стандартов, 1999
14. ГОСТ 30780-2002 Сосуды и аппараты. Компенсаторы сильфонные и линзовые. Методы расчёта на прочность.- ИПК Издательство стандартов, 2002.
15. ГОСТ 15118-79. Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решётками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе. Размещение отверстий под трубы в трубных решётках и перегородках. Основные размеры. - М.:
Изд - во стандартов, 1979
11