Курсовая работа (т): Проект установки гидрооочистки/депарафинизации. Расчет реактора депарафинизации

Плотность газовой смеси на выходе из реактора составит 53,34 кг/м3.

Кинематическую вязкость газовой смеси можно рассчитать по формуле Манна:

 (23)

Кинематическая вязкость водорода, метана, этана, пропана, бутана была найдена по справочнику [6].

Кинематическая вязкость ароматических, парафиновых и нафтеновых углеводородов при температуре Т=Тср рассчитывается по формуле:

 (24)

где  - динамическая вязкость,  - плотность углеводородов.

Динамическая вязкость углеводородов при средней температуре в реакторе можно рассчитать из соотношения:

 (25)

С=1,22*Ткип, где  - температура кипения углеводорода, К;

Динамическую вязкость  по известной величине молекулярной массы углеводорода можно определить из диаграммы (рисунок 1).

Рисунок 1 - Зависимость динамической вязкости углеводородов паров углеводородов от молекулярной массы при Т = 273 K

Температуру кипения углеводородов определим из диаграммы (рисунок 1)

Расчет динамической и кинематической вязкости углеводородов, а также вязкости смеси газов в реакторе представлен в таблице 11.

Таблица 11- Расчет кинематической вязкости

Подставив рассчитанные значения вязкости компонентов в формулу Манна, найдем кинематическую вязкость газовой смеси:

Подставив в формулу для расчета потери напора числовые значения всех найденных величин, получим:

 (условие выполняется).

2.4 Высота реактора

Полная высота реактора равна:

В результате конструкторских соображений высота реактора была уменьшена и принята 20 м

.5 Расчёт количества катализатора

Количество катализатора, необходимое для проведения процесса составит:

где ʋо - объёмна скорость подачи сырья ч-1, ρс - плотность сырья кг/м3, Gс - расход сырья кг/ч.

Найдём требуемое количество катализатора:

 (26)

где  - объём катализатора, м3,  - насыпная плотность катализатора, кг/м3.

Для проведения процесса понадобиться 97500 кг катализатора.

2.6 Механическая часть

.6.1 Расчет толщины стенки обечайки

Чтобы выбрать формулу для расчета номинальной толщины стенки обечайки, необходимо предварительно найти величину , где  - допускаемое напряжение для выбранной стали,  - максимальное давление в аппарате,  - коэффициент, учитывающий ослабление обечайки в продольном направлении.

Материал хромомолибденовая сталь 12ХМ, теплоустойчива до температуры 560оС [8].

Значение допускаемого напряжения на растяжение можно рассчитать используя формулу:

где . [8]

Расчётное допустимое напряжение с учётом поправочного коэффициента составит:

Принимая значение φ=1, получаем ,

следовательно, номинальную толщину обечайки рассчитаем по формуле:

Примем толщину обечайки 100 мм. Добавим прибавку на коррозию 5 мм. Общая толщина обечайки составит 105 мм.

.6.2 Выбор крышки и днища

Для данного аппарата подобрать стандартную крышку и днище не возможно, в связи с этим данные детали будем изготавливать из штампованных секторов и центрального эллиптического диска с последующей сваркой их между собой.

Рисунок 2 - Конструкция сферического днища

Толщину днищ выбираем в соответствии с толщиной обечайки.

Таблица 12 - Конструктивные параметры крышки и днища аппарата

Крышка 4000х105 - 2000 - 12ХМ

Для чистки и обслуживания аппарата необходимо либо съемное днище, либо крышка, т.к. аппарат имеет относительно большие размеры, то чистку аппарата лучше производить сверху. Таким образом, для нашего аппарата делаем съемную крышку и приварное днище.

.6.3 Расчет центральной трубы

Номинальное допускаемое напряжение для стали марки 12ХМ при расчетной температуре 408°С составляет 167,2 МПа.

Допускаемое напряжение определяется по формуле:

,

где    η - коэффициент, равный 0,9.

Т.к. отношение

то минимальную толщину стенки трубы, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитываем по формуле [9]:

где    Р - внутреннее избыточное давление (P = 7,34 МПа);dнар - наружный диаметр трубы (D =0,35 м);φ = 1 - коэффициент прочности сварного шва;

Принимаем толщину трубы s = 10 мм.

.6.4 Расчет и подбор штуцеров

Диаметр входного патрубка рассчитываем по следующей формуле:

 (27)

где  - объемный расход газа, м3/с;  - средняя скорость потока, принимаем за 15 м/с.

Принимаем диаметр штуцера под термопару dшт,4 = 50 мм.

Таблица 13 - Конструктивные параметры штуцера

Штуцеры изготавливаются из двухслойной стали с приваренными фланцами

Штуцер: тип 1, материал сталь 12ХМ

.6.5 Расчет укреплений

Наибольший допустимый диаметр одиночного отверстия в стенке, не требующий дополнительного укрепления, определяется по формуле:

 (28)

где    s = 0,105 м - толщина стенки;

s´ - номинальная расчетная толщина стенки крышки без прибавок и при

φш = 1 в м (см); ск = 0,005 м - прибавка на коррозию, м (см).

Наибольший допустимый диаметр равен:

Поскольку внутренние диаметры обоих штуцеров (0,4м) меньше dд, то отверстия для них в крышке укреплять не надо.

.6.6 Выбор опоры

Найдем приблизительную массу реактора:

 (29)

Масса обечайки

Массы днища и крышки (суммарно):=34816,32 кг

Масса катализатора: 97500 кг;

Масса заполненного реактора:

Общая масса: 553578 кг.

Общий вес: Р=5 425 066Н или 5,425МН.

Выбираем опору типа II исполненияБ на нагрузку
25,0 МН на одну шт.: Опора-лапаОВ-II-Б-100000 ОН 26-01-69-68.

Таблица 14 - Параметры опоры

гидроочистка депарафинизация дизельный топливо

Параметры подкладного листа:s1 =28 мм; L3 = 600 мм; Н1 = 1230 мм.

Общее количество опор составит 22 шт. с нагрузкой на одну опору 24,6МН. При использовании подкладного листа с шириной в 600 мм расстояние между опорами составит 81 мм, по конструктивным соображениям будет использован цельный металлический подкладной лист по всей длине реактора.

.6.7 Расчет толщины тепловой изоляции

Для расчета толщены тепловой изоляции воспользуемся формулой для теплопереноса через цилиндрическую стенку:

,(30)

где l - высота аппарата, tв - температура в аппарате, tн - температура наружной стенки изоляции, - теплопроводность изоляции, R1 - внутренний радиус изоляции, R2 - наружный радиус изоляции.

Толщина изоляции равна:

 (31)

Тогда формула теплопроводности имеет вид:

 (32)

Тепловые потери можно рассчитать по формуле:

, (33)

где - суммарный коэффициент конвекции и излучения, рассчитываемый по формуле:

,(34)

где tос - температура окружающей среды.

Приравнивая формулы для расчета теплопотерь:

 (35)

Данное соотношение решаем графически путем нахождения точки пересечения графиков описываемых следующими функциями:

 (36)

Примем за изоляционный материал асбест с коэффициентом теплопроводности равном

Рассчитаем теплоизоляцию для верха колонны:

Примем температуру окружающей среды равной tос = 0°С и температуру наружной стенки равной tн = 40°C. Тогда коэффициент теплоотдачи равен:

Внутренний радиус изоляции примем равным радиусу реактора:

Построим графики зависимости (рисунок 5):

Рисунок 3 - К определению толщины тепловой изоляции для реактора

По данным рисунка 7 примем толщину изоляции примерно равной 0,016 м

Примем общую толщину изоляции с запасом равную 0,02 м.

.6.8 Расчет на ветровую нагрузку

Справочный норматив: (определяется программистом)

Подъем основания над уровнем земли: 0,0000м

Увеличение фактического наружного диаметра на: 1,0000 м