Проект ректификационной установки с тарельчатой колонной непрерывного действия производительностью 6 кг/с для разделения исходной смеси

скоростной напор ветра, .

Аппарат по высоте разбиваем на участки ― произвольно, но не более чем через метров. Сила тяжести каждого участка принимается сосредоточенной в середине участка. Ветровая нагрузка, равномерно распределенная по высоте аппарата, заменяется сосредоточенными силами, приложенными в тех же точках, что и сила тяжести участков:

при =>

Кроме учета изменения  нормативного скоростного напора ветра, в зависимости от высоты аппарата при расчете на ветровую нагрузку, учитываются также динамическое воздействие на аппарат возможных порывов ветра, колебания аппарата и явления резонанса. Для этого при определении расчетной нагрузки от ветра вводится коэффициент увеличения скоростного напора, который определяется по формуле:

где ε - коэффициент динамичности [5], при периоде собственных колебаний ; - коэффициент пульсации скоростного напора ветра.

Далее определим изгибающий момент от ветровой нагрузки относительно основания аппарата:

 

 

Изгибающий  момент от действия ветровой нагрузки на одну площадку, расположенную на высоте от основания аппарата, определяется по формуле:

,

где -  сумма проекции всех элементов площадки, расположенных вне зоны аэродинамической тени на вертикальную плоскость, ; - расстояние от низа - oй  площадки до основания аппарата, .

Общий изгибающий момент от ветровой нагрузки:

 

 

 

 

 

5.3. Расчёт опор аппарата

Расчет опор предназначенных  для цилиндрических колонных аппаратов  производят исходя из ветровой и сейсмической нагрузок. В таких опорах расчётом определяются: размеры рёбер, сварные или паянные швы и местные напряжения в цилиндрических стенках аппарата в местах присоединения к ним опор.

Отношение вылета к высоте ребра llh рекомендуется принимать равным 0,5.

Расчётная толщина  ребра определяется по формуле:

 

где G - максимальный вес аппарата, МН (обычно бывает во время испытания, когда аппарат заполнен водой); п - число лап (не менее двух); z- число рёбер в одной лапе (1 или 2); σ - допускаемое напряжение на сжатие (можно принять равным 100 МН/м²); l -вылет опоры, м.

Определим основные размеры  опоры (лапы) для вертикального цилиндрического  аппарата, подвешенного на четырёх  лапах по следующим данным: максимальный вес аппарата G = 0,15 МН, число лап п = 4; конструкция лап - двухрёберная, z = 2; вылет лапы l = 0,2 м; С_к = 1 мм; диаметр корпуса D_B =  2.6м.

Определим толщину  ребра 

Принимаем толщину  ребра δ=10 мм.

Общая длина  сварного шва определяется по формуле:

L_ш=4 • (h +δ=4• (0,4 + 0,01) = 1,64 м

Прочность сварного шва проверим по формуле:

 

где L_ш - общая длина сварных швов, м; h_ш - катет сварного шва, h_ш = 0,008 м;

 τ_ш._с. -допускаемое напряжение материала на срез, τ_ш._с. = 80 МН/м .

0,0375 < 0,735

То есть прочность  обеспечена.

Определим опоры аппарата. При определении нагрузки на подвесную опорную лапу все действующие на аппарат нагрузки приводят к осевой силе Р, определяемой максимальным весом аппарата при эксплуатации или при гидравлических испытаниях, и моменту М, зависящему от конструкции аппарата, и т. д. При учебных расчётах момент М можно принять равным нулю. Нагрузку на одну опору рассчитывают по соотношению:

                                                                                                       

Если М=0,следовательно  ,значит

Где λ₁-коэффициент,зависящий от числа опор z.Примем z=4,значит λ₁=2

Рассчитаем осевую силу P=m∙g. Масса аппарата при гидравлических испытаниях равна:

m=m_ап+m_воды

Зная технические характеристики аппарата найдем:

 

=74,126

V=6.154+74.126+4.19=84.47 м³

m=1500+84470=99470 кг

P=m∙g=99470*9.81=975800 H

По ОСТ 26-665-79 выбираем опору

Q=630kH

a=540    a₁=690   a₂=460   b=1150  b₁=550  b₂=540  c=80  c₁=400 h=1420  h₁=55

s=40 k=110  k₁=280 d=50 f=600

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчет проходного диаметра штуцеров колонны и выбор фланцев

 

Внутренний диаметр  трубопровода круглого сечения рассчитывают по формуле:

6.1. Штуцер для входа исходной смеси

 

W_И – скорость потока, так как смесь поступает в колонну под напором, принимаем скорость равной 1 м/с;

G_И – массовый расход исходной смеси, кг/с;

r_И – плотность исходной смеси, кг/м³;

 

 

Выбираем штуцер по ГОСТу  Æ 70´3.5 мм - Х18Н10Т.

Штуцер D_у - 100 мм.

6.2. Штуцер для выхода пара в дефлегматор

 

wп – скорость потока пара, принимаем равной 20 м/с;

Gп – массовый расход пара, кг/с;

rу – плотность пара, кг/м³;

 

 

Выбираем штуцер по ГОСТу  Æ 210´3,5 мм - Х18Н10Т.

Штуцер D_у - 400 мм.

 

6.3. Штуцер для входа флегмы в колонну

w_ф – скорость потока, принимаем равной 20 м/с;

G_ф – массовый расход флегмы, кг/с;

r_ф – плотность флегмы, кг/м³;

 кг/с

 

Выбираем штуцер по ГОСТу  Æ 70´3.5 мм - Х18Н10Т.

Штуцер D_у - 100 мм.

6.4. Штуцер для выхода кубовой жидкости в холодильник

 

w_к – скорость потока, принимаем равной 1 м/с;

G_к – массовый расход кубовой жидкости, кг/с;

r_к – плотность кубовой жидкости, кг/м³;

 

 

 

Выбираем штуцер по ГОСТу  Æ 48´3 мм - Х18Н10Т.

Штуцер D_у - 100 мм.

 

6.5.Штуцер для выхода кубовой жидкости из колонны в испаритель

 

w_к – скорость потока, принимаем равной 0.7 м/с;

G_к – массовый расход кубовой жидкости, кг/с;

r_к – плотность кубовой жидкости, кг/м³;

 

 

Выбираем штуцер по ГОСТу  Æ 134´7 мм - Х18Н10Т.

Штуцер D_у - 300 мм.

 

6.6. Штуцер для выхода пара из кипятильника

 

wп – скорость потока пара, принимаем равной 20 м/с;

Gп – массовый расход пара, кг/с;

rу – плотность пара, кг/м³;

 

 

Выбираем штуцер по ГОСТу  Æ 370´10 мм - Х18Н10Т.

Штуцер D_у - 400 мм.

 

 

 

 

 

6.7.Изготовление штуцеров и выбор фланцев

 

Для упрощения конструктивных деталей колонны, будем изготовлять  штуцера из отрезков труб соответствующих  диаметров. Внешний вылет штуцеров составляет » 1.5 от диаметра штуцера, внутренний - » 0.3. Чтобы предупредить попадание жидкости во внутреннее пространство штуцера, подающего циркуляционный пар, труба, из которой он изготовлен, обрезается под углом книзу.

К выступающим отрезкам труб привариваются фланцы плоские  стальные [6].     

 

7. Тепловой баланс процесса ректификации

 

 

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆

 

Q₁ = 3154000 - тепло, поступающее в кипятильник ректификационного аппарата с греющим паром, Вт.

Q₂ = 1286600 - тепло, поступающее с разделяемой смесью, Вт.

Q₃ = 428900 - тепло, поступающее с флегмой, Вт.

Q₄ = 3849000 - тепло, уходящее с парами, Вт.

Q₅ = 102298 – тепло, уходящее с остатком, Вт.

Q₆ – тепло, выделяемое в окружающую среду.

 

Q₆ = Q₁ + Q₂ + Q₃ - Q₄ - Q₅ = 918202 Вт.

 

Для снижения тепловых потерь возможно применение тепловой изоляции как на колонне и теплообменниках, так и на трубопроводах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В ходе данного проектирования ректификационной установки непрерывного действия для разделения бинарной смеси сероуглерод – четыреххлористый углерод, были выполнены необходимые проектные и поверочные расчеты (составление и описание технологической схемы ректификационной установки, расчет основного аппарата (колонны), а также был произведен подбор вспомогательного оборудования (теплообменной и насосной аппаратуры).

В результате выполненных расчетов были получены следующие данные:

• диаметр колонны –1,6 м;
• тип колонны - тарельчатая; цельносварная ГОСТ 17612-83
• тип тарелок ТС - Р – ситчатые;
• число тарелок колонны - 18 шт.;
• расстояние между тарелками - 0,4 м;
• высота колонны –10,7м.                   

Дополнительное оборудование:

Обозначение на  схеме		Марка
Теплообменники
КП-1   ХЛ-1     ДФ-1   КН-1
Насосы
Н1		X8/30
Емкости
Е1 Е2 Е3	ГЭЭ1-1-50-0.6 ГЭЭ1-1-6.3-0.6 ГЭЭ1-1-40-0.6

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.

Изд. 9-е. М.: Химия, 1973. 750с.

2. Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1983. -272с, ил.
3. Иоффе И.Л., Проектирование процессов и аппаратов химической технологии:

Учебник для техникумов – Л: Химия, 1991.-352 с. 

4. Плановский А.Н., Рамм В.М., Коган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. Изд. 5-е. М.: Химия, 1976.
5. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Л.: Машиностроение, 1970. 752с.
6. Тимонин А. С.  Основы конструирования и расчета химико-  технологического  обарудования и природного оборудования. 1-е, 2-е, 3-е изд. Машиностроение 2006.
7. Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И. Процессы и аппараты             

нефтегазопереработки  и нефтехимии. Учебник для вузов. – М.: ООО  “НедраБизнесцентр”, 2000-677с.

8. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Кн. 1 – 2. М. – Л.: Наука. 1996, 786 с.
9. Справочник химика. Т. 1 – 2. М. – Л.: Госхимиздат, 1963. 1071+1125 с.
10. Кузнецов А.А., Судаков Е.Н., Кагерманов С.М. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Учебник для вузов. – М.,1972.