Курсовая работа (т): Гидравлический расчет тарелок в верхней части колонны

К выступающим отрезкам труб привариваются фланцы плоские стальные.

7. Механический расчет

Расчёт толщины обечайки

Главным составным элементом корпуса большинства химических аппаратов является обечайка. В химическом аппаратостроении наиболее

распространены цилиндрические обечайки, отличающиеся простотой изготовления, рациональным расходом материала и достаточной прочностью.

Для ректификационной колонны, диаметром 1800 мм, примем стандартную минимальную толщину стенки корпуса δ = 10 мм и проверим, выполняется ли условие

,

где С_к - прибавка к номинальной толщине детали, учитывающая разрушающее действие среды на материал (см. раздел 2)

Проверяем выполнение условия

(10-1)/1800 ≤ 0,1

,005 < 0,1

Поскольку условие выполняется, принимаем толщину обечайки δ = 10 мм.

Расчёт толщины днища

Составными элементами корпусов химических аппаратов являются днища, которые обычно изготовляются из того же материала, что и обечайки, и привариваются к ней. Днище неразъёмное ограничивает корпус вертикального аппарата снизу и сверху. Форма днища может быть эллиптической, сферической, конической и плоской. Наиболее рациональной формой днищ для цилиндрических аппаратов является эллиптической. Эллиптические днища изготавливаются из листового проката штамповкой.

Толщину днища принимаем равной толщине обечайки и проверяем выполнение условие

,005<0,125

Следовательно, условие выполняется.

Расчёт фланцевых соединений и крышки

Соединение состоит из двух фланцев, прокладки, которую размещают между уплотнительными поверхностями фланцев, болтов, гаек и шайб. Т.к. давление в аппарате P=0,3МПа<2,5 МПа, то выбирается фланец с гладкой поверхностью.

Прокладка - резина листовая техническая (ГОСТ 7338-65)

D_п =1890 мм; d_п = 1848 мм.

При конструировании аппаратов выполняют проверочный расчет болтов в соответствии с ГОСТ 26-373-82:

.        Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от внутреннего давления

где средний диаметр прокладки

 [9,с.17]

.        Реакция прокладки

[9,с.17]

где ширина прокладки

b₀-эффективная ширина прокладки: при

3.      Болтовая нагрузка при сборке:

   [9,с.18]

где q = 20 МПа;

  [9,с.18]

где - допускаемое напряжение для материала болта при 20⁰С; ВСт3,  - площадь поперечного сечения болта.

Наибольшее значение

.        Проверка прочности болтов при монтаже

  [9,с.18]

.        Проверка прочности болтов в период эксплуатации

   [9,с.18]

где - допускаемое напряжение для болта при рабочей температуре,

Выполняются оба условия, следовательно, нет необходимости увеличивать число болтов, z = 64 [4,с.68, таблица 4].

Расчёт опор аппаратов

Выбор типа опоры зависит от ряда условий: места установки аппарата, соотношения высоты и диаметра аппарата, его массы и т.д. Аппараты вертикального типа с соотношением ≥5, размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми юбочными опорами, цилиндрическими или коническими. В нашем случае берем цилиндрические опоры. [7,с.672]

Вес аппарата при гидроиспытании:

G_max= g  (M_об+M_ж)

M_об =

M_ж = 0,785 кг

_max=9,81

с запасом 0,5 МН

Толщина стенки цилиндрической опоры S=10 мм. Напряжение сжатия в этой стенке с учетом наличия в ней отверстия для лаза d = 0,5 м при максимальной нагрузке от силы тяжести аппарата:

 [7,с.691]

Отношение:

112,5  [7,с.692]

K_c=0,105; K_u=0,13; [7,с.418]

  [7,с.692]

  [7,с.692]

Допускаемое напряжение на сжатие в обечайке опоры:

 МН/м² [7,с.692]

Допускаемое напряжение на изгиб в обечайке опоры:

 МН/м² [7,с.692]

Условие выполняется.

Максимальные напряжения на сжатие в сварном шве, соединяющем цилиндрическую опору с корпусом аппарата, при коэффициенте сварного шва = 0,7:

[7,с.692]

Внутренний диаметр опорного кольца:

D₂ = D - 0,06 =1,8 -0,06=1,74 м  [7,с.692]

Наружный диаметр опорного кольца:

D₁ = D + 2S+0,2 = 1,8 + 2 0,01 + 0,2 = 2,02 м [7,с.692]

Опорная площадь кольца:

[7,с.692]

Максимальное напряжение сжатия на опорной поверхности кольца:

   [7,с.692]

Номинальная расчетная толщина опорного кольца при l= 0,1 м:

[7,с.692]

с учетом прибавки на коррозию принимаем, округляя размер S_к = 54 мм.

Расчетная нагрузка на один болт:

   [7,с.692]

Расчетный внутренний диаметр резьбы болтов:

[7,с.692]

Принимаем болты М12˟25.  [7,с.538]

8.      Тепловой расчет установки

Расход теплоты, отдаваемый охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению:

,

где r_M=1100кДж/кг, r_H2O=1538.36кДж/кг - удельные теплоты конденсации метанола и воды при температуре t_D=65.3˚C

Расход теплоты, получаемый в кубе-испарителе от греющего пара:

Q_пот=3% от полезно затрачиваемой теплоты, С - удельные теплоемкости смеси, взятые в зависимости от температуры.

Таблица 11. Теплоёмкости компонентов при различных температурах [10].

,

где - массовые доли метанола (низкокипящий компонент), кг/кг;

Ср - теплоёмкости компонентов при различных температурах, Дж/кг^* К.: C _{p F см} = 2623,98·0,33+4198·(1-0,33) = 3678,5734 Дж/кг·К;

D: C _{p D см} = 2579,78·0,96+4187·(1-0,96) = 2644,0688 Дж/кг·К;: C _{p W см} = 2664,28·0,05+4213·(1-0,02) = 4182,0256 Дж/кг·К.

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

, где

t_нач=20˚С, удельная теплоемкость С_F=0,633·4190=2652,27Дж/кг·К взята при средней температуре (81,2+20)/2=50,6 ˚С. [5, c.562]

Здесь тепловые потери приняты в размере 5%.

Расход теплоты отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике дистиллята:

, где

t_кон=25 ˚С, удельная теплоемкость С_D=0,625·4190=2618,75 Дж/кг·К взята при средней температуре (65,3+25)/2=45,15 ˚С

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в водяном холодильнике кубового остатка:

,где

удельная теплоемкость С_W=0,645·4190=2702,55 Дж/кг·К взята при средней температуре (98,5+25)/2=61,4 ˚С

Расход греющего пара, имеющего давление р_абс=4кгс/см² и влажность 5%:

а) в кубе-испарителе:

,

где r_г.п.=2132,95·10³Дж/кг - удельная теплота конденсации греющего пара.

б) в подогревателе исходной смеси:

Всего: 2,752+0,428=3,18кг/с или 11,2т/ч

Расход охлаждающей воды при нагреве ее на 20˚С

а) в дефлегматоре:

б) в водяном холодильнике дистиллята:

в) в водяном холодильнике кубового остатка:

Всего: 0,0595м³/с или 214,2м³/ч.

ректификационный установка флегмовый гидравлический

Библиографический список

1.      Воробьёва Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. Изд. 2-е пер. и доп. М., «Химия», 1975. 816 с.

.        Коган В. Б., Фридман В. М., Кафаров В. В. Равновесие между жидкостью и паром. Т. 2. М.: «Наука», 1966.

.        Александров И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Изд. 3-е. М.: «Химия», 1978. - 280 с.

.        Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/Под ред. Дытнерского.─ М.: Химия, 1983.

.        Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов.─Л.: Химия,1987.

.        Каталог «Ректификационные и абсорбционные колонны», ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1991г.

.        Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник. Л.: «Машиностроение», 1970. − 752 с.

.        Белоусов В. П., Марачевский А. Г. Тепловые свойства растворов неэлектролитов. Л.: «Химия», 1981, 264 с.

9.      Расчет и конструирование химических аппаратов с мешалками: учебное пособие/ Островская Э.Н., Полякова Т.В.- Казань: Изд-во КГТУ,2006.- 120с.

10.    Гусев В.П., Гусева Ж.А.. Процессы и аппараты химической технологии. Физико-химические и термодинамические свойства веществ / Методическое пособие к выполнению курсового проекта по процессам и аппаратам химической технологии, в 2-х частях / Часть 2. - Т.: ТХТК, 1994. - 69 с.