Ректификационная установка непрерывного действия
Штуцер для подачи исходной смеси.
Скорость ввода исходной смеси принимаем равной = 1,5 м/с (см. [5], стр.42), тогда диаметр штуцера будет равен
где
Подбираем щтуцер по [4]. стр.659 табл.27.3
Выбираем штуцер с Dу=50 мм на ру=1,0 МПа, Нт=155 мм, материал - сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.
Фланец подбираем по [4], стр.549, табл.21.9: Dу=40 мм, Dф=130 мм, Dб=100 мм, D1=80мм, dб=М12, количество болтов z=4, материал - сталь 3, исполнение I.
Штуцер для вывода пара из колонны.
Скорость вывода пара из колонны принимаем равной = 20 м/с (см. [5], стр.42), тогда
где м3/с;
D=П(R+1) - поток пара
1,13 м3 при t2=64,50С
Выбираем штуцер с Dу=600 мм на ру=1,0 МПа, Нт=310 мм, материал - сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.
Фланец подбираем по [4], стр.549, табл.21.9: Dу=600 мм, Dф=635 мм, Dб=495 мм, D1=465мм, dб=М30, количество болтов z=16, материал - сталь 3, исполнение I.
Штуцер для вывода кубового остатка.
Скорость вывода кубового остатка принимаем равной = 0,5 м/с (см. [5], стр.42), тогда
где
Выбираем штуцер с Dу=80 мм на ру=1,0 МПа, Нт=155 мм, материал - сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.
Фланец подбираем по [4], стр.549, табл.21.9: Dу=80 мм, Dф=185 мм, Dб=150 мм, D1=128мм, dб=М16, количество болтов z=4, материал - сталь 3, исполнение I.
Штуцер для подачи флегмы в колонну
Скорость подачи флегмы в колонну принимаем равной = 0,5 м/с (см. [5], стр.42), тогда
где
Выбираем штуцер с Dу=40 мм на ру=1,0 МПа, Нт=155 мм, материал - сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.
Фланец подбираем по [4], стр.549, табл.21.9: Dу=40 мм, Dф=130 мм, Dб=100 мм, D1=80мм, dб=М12, количество болтов z=4, материал - сталь 3, исполнение I.
Штуцер для подачи жидкости в кипятильник.
Расчет штуцеров для подсоединения кипятильника к колонне затруднен тем, что неизвестен расход циркулирующей жидкости. Поэтому диаметр штуцера можно принять равным соответствующим штуцерам на кипятильнике. В нашем случае диаметр условного прохода штуцера на кипятильнике Dу = 200мм (см. [2], стр.55, табл.2.6). Тогда выбираем штуцер с Dу=200 мм на ру=1,0 МПа, Нт=190 мм, материал - сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.
Фланец подбираем по [4], стр.549, табл.21.9: Dу=200 мм, Dф=315 мм, Dб=280 мм, D1=258мм, dб=М16, количество болтов z=8, материал - сталь 3, исполнение.1
Расчет и подбор крышки аппарата
В отличие от днищ, неразъемно соединяемых с обечайкой корпуса, крышки являются разъемными узлами аппаратов, закрывающими его корпус. Крышки в аппарате предусматривают для удобства сборки, возможности загрузки и разгрузки аппарата в процессе эксплуатации, для осмотра, ремонта и т.д.
Принимаем фланцевое эллиптическое отбортованное днище (тип 2 по ГОСТу 11972-66). Условное обозначение днища с размерами: Dвн =1800 мм, S = 10 мм, диаметр борта D = 1935мм ("Днище 2 - 1800 - 1935 ГОСТ 11972-66") согласно [4], стр.597.
Определяем коэффициент ослабления крышки отверстием для штуцера предназначенного для вывода пара из колонны:
Так как 0 = 0,66< ш = 0,95, то в дальнейшем за расчетное значение коэффициента ослабления принимаем = 0.
Допускаемое напряжение на растяжение для материала крышки определяется по формуле
где = 0,95 - поправочный коэффициент, учитывающий условие эксплуатации аппарата (см. [4], стр.408);
- номинальное допускаемое напряжение (см. [4], стр.406, рис.14,2).
Расчетное давления в крышке р=0,1МПа.
Определяем отношение определяющих параметров и р с учетом 0
Согласно [4], стр.440, табл.16.1 принимаем S = 10 мм
Проверяем условия прочности
т.е. условие выполнено.
Определяем допускаемое давление в крышке
МПа.
Расчет и подбор днища
Составными элементами корпусов химических аппаратов являются днища, которые, как правило, органически связаны с обечайкой аппарата и изготавливаются из того же материала. Одной из наиболее рациональных форм днища в цилиндрических аппаратах является эллиптическая. Материал днища - сталь X18H10T. В днище имеется центрально расположенное неукрепленное отверстие d = 0,2 м, днище сварное из двух частей, шов ручной электродуговой (ш = 0,95).
Определяем коэффициент ослабления днища отверстием
8
Так как 0 = 0,88< ш = 0,95, то в дальнейшем за расчетное значение коэффициента ослабления принимаем = 0. Для дальнейшего расчета необходимо определить отношение допускаемого напряжения на растяжение д для материала днища и расчетного давления в днище колонны.
Допускаемое напряжение на растяжение для материала днища определяется по формуле
где = 0,95 - поправочный коэффициент, учитывающий условие эксплуатации аппарата (см. [4], стр.408);
- номинальное допускаемое напряжение (см. [4], стр.406, рис.14,2).
Для определения расчетного давления в днище необходимо учитывать, что на днище действует еще и гидростатическое давление, поэтому
где - рабочее давление
- плотность жидкости
9,6м - максимальная высота столба жидкости,равная высоте колонны.
Определяем отношение определяющих параметров и р с учетом 0
Номинальную расчетную толщину стенки днища определяем по формуле
Общую прибавку к номинальной расчетной толщине стенки днища определяем по формуле
где = 1 мм - прибавка на коррозию
= 0 мм - прибавка на эрозию
= 1,05 мм - прибавка на округление размера (см. [4], стр.453)
Определяем толщину стенки днища
Принимаем толщину стенки равной 10 мм
Проверяем условия прочности
т.е. условие выполнено.
Определяем допускаемое давление в днище
.
Расчет и подбор обечайки
Расчетное давление в нижней части обечайки с учетом гидростатического давления столба жидкости определяется по формулемПа
Номинальное допускаемое напряжение для стали Х18Р10Т =143 мПа (см [4] стр406 рис 14.2) опускаемое напряжение определяем
Определяем отношения определяющих параметров и р с учетом коэфициента прочности . При ряде единичных неукрепленных отверстий в обечайке, расположенных отверстий по одной образует, коэф проч. оределяется по ф-ле:
где м -сумма диаметров отверстий в обечайке
Коэффициент прочности в данном случае принимается равным меньшему значению (=0,95 коэффициент прочности сварного шва), тогда =0,95, откуда отношение определяющих параметров
Номинальную расчетную толщину стенки обечайки для данного отношения
определяется по ф-ле:
Общую прибавку к номинальной расчетной толщине стенки днища определяем по формуле
где = 1 мм - прибавка на коррозию
= 0 мм - прибавка на эрозию
= 1,05 мм - прибавка на округление размера (см. [4], стр.453)
С=Ск+Сэ+Со=1+0+1,05=2,05 мм
Толщину стенки обечайки с учетом прибавки
Толщину стенки обечайки для колонных аппаратов диаметром 1800 мм должна быть не меньше10 мм., по этому принимаем S=10
Проверка условия прочности
допускаемое давление в обечайке:
Расчет и подбор конденсатоотводников
Для отвода конденсата и предотвращения проскока пара в линию отвода конденсата теплообменные аппараты, обогреваемые насыщенным водяным паром, должны снабжаться конденсатоотводниками.
Конденсатоотводник для куба-испарителя.
Определяем расчетное количество конденсата после теплопотребляющего аппарата
т/ч
где Gmax = 1,23 кг/с = 4,43 т/ч - максимальный расчетный расход пара в кубе-испарителе.
Оцениваем давление пара перед конденсатоотводником (конденсатоотводник устанавливается в непосредственной близости от теплопотребляющего аппарата)
p1 = 0,95p = 0,950,35 = 0,33 МПа
Давление p2 в трубопроводе после конденсатоотводника принимаем равным 50% от давления пара после теплопотребляющего аппарата
p2 = 0,5p1 = 0,50,33 = 0,16 МПа
Рассчитываем условную пропускную способность kVy
kVy = т/ч
где p = p1 - p2 = 0,33 - 0,16 = 0,17 МПа = 1,7 кгс/см2 - перепад давления на конденсатоотводнике.
А = 0,72 - коэффициент, учитывающий температуру конденсата и перепад давлений на конденсатоотводнике для температуры конденсата на 100С превышающей температуру насыщения пара (см. [6], стр.7, рис.2).
Выбираем термодинамический конденсатоотводник 45ч12нж в зависимости от условной пропускной способности, ближайшее большее значение которой, составит 2,5 т/ч, диаметр условного прохода Dy = 50 мм, размеры конденсатоотводника L =200 мм, Н1 = 60 мм, Нmax = 103мм. Ставим два таких конденсатоотводчика.
Конденсатоотводник для подогревателя исходной смеси.
Определяем расчетное количество конденсата после теплопотребляющего аппарата
G = 1,2Gmax = 1,20,86 = 1,03 т/ч
Оцениваем давления р1 и р2
р1 = 0,95 0,35 = 0,33 МПа
р2 = 0,5 0,33 = 0,16 МПа
Рассчитываем условную пропускную способность.
kVy = т/ч
Выбираем термодинамический конденсатоотводник в зависимости от условной пропускной способности, ближайшее большее значение которой, составит 1,25 т/ч, диаметр условного прохода Dy = 22 мм, размеры конденсатоотводника L =120 мм, Н1 = 28 мм, Нmax = 68 мм.
Выбор опоры аппарата
Опоры аппарата рекомендуется применять при установке колонных аппаратов, у которых отношение высоты к диаметру H/D 5. При отношении H/D < 15 (Н = 9,6 м, D = 1,8 м, H/D = 9,6/1,8 = 5,3 <15) расчетная схема аппарата принимается в виде упруго защемленного стержня. Химические аппараты устанавливают на фундаменты чаще всего с помощью опор. Аппараты вертикального типа с соотношением H/Dі 5, оснащают так называемыми юбочными опорами - цилиндрическими или коническими. Выбираем цилиндрическую юбочную опору.
Принимаем толщину цилиндрической стенки опоры S=10 мм.
Напряжение сжатия в этой стенке с учетом наличия в ней отверстия для паза d=0,6 м при при максимальной нагрузки от силы тяжести аппарата определяем по формуле:
Напряжение на изгиб в стенке:
Отношение
Для данного отношения определяем коэф. kс=0,1 kн=0,12 [По [4] стр.418, рис.15,8]
Где - предел текучести материала опоры при t=180С
-модуль упругости
допускаемые напряжения
на сжатия:
на изгиб:
Условия устойчивости цилиндрической опоры
Максимальное напряжение на сжатие в сварном шве (при коэф. сварного шва =0,9)
Внутренний диаметр опоры кольца
D2=D-0,06==1,74 м
Наружный диаметр опоры кольца
D1=D+2S+0,2=1,8+0,02+0,2=2,02 м
Опорная площадь кольца
Момент сопротивления опорн. площади кольца
Максимальное напряжение сжатия на опорной поверхности опорного кольца
По([4], стр.672 табл.16,8) принимаем , бетон-марка 100
Общая условная расчетная нагрузка на фундаментные болты
Принимаем к-во фундаментных болтов z=16
Общая условная нагрузка на один болт
Расчетный внутренний диаметр резьбы болтов
-для стали Принимаем болты М30 (d1=25,4)
Список использованной литературы
1) Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии, Л.: Химия, 1987.
2) Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. и др. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию, М.: Химия, 1991.
3) Колонные аппараты: Каталог, М.: Цинтихимнефтемаш, 1978.
4) Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Приложение к справочнику, М.: Машиностроение, 1970.
5) Захаров М.К., Солопенков К.Н., Варфоломеев Б.Г. Методические указания к курсовому проектированию ректификационных установок непрерывного действия, М.: Полинор-М, 1995.
6) Мясоединков В.М. / Под ред. Б.Г. Варфоломеева Подбор и расчет конденсатоотводчиков, М.: МИТХТ, 1989.