Выбор и расчет принятой конструкции колонны ректификации

 

где - теплоемкость кубовой жидкости (компонент В) /6, рис.XI/;

       - температура кубовой жидкости.

 

Подставляя полученные значения, получим:

 

Расход греющего пара давлением  и влажностью составит:

• в кипятильнике

 

где - удельная теплота конденсации греющего пара /6, табл. LVII/;

       - степень сухости греющего пара.

 

• на  подогрев исходной смеси от до

 

 

Общий расход греющего пара составит:

 

Расход охлаждающей воды в дефлегматоре при нагреве ее на составит:

 

где - плотность воды /6, табл. XXXIV/;

       - удельная теплоемкость воды /6, табл. XXXIV/.

 

3.9 Расчет тепловой изоляции

Для расчета толщины изоляции примем температуру окружающего  воздуха . Коэффициент теплоотдачи в окружающую среду определяется по уравнению:

 

где - разность температур поверхности аппарата и окружающего воздуха.

Согласно рекомендациям  и требований техники безопасности, температура наружной поверхности  изоляции не должна превышать .

 

Удельный тепловой поток  потерь тепла определяется по выражению:

 

где - температура наружной поверхности изоляции.

Тогда имеем:

 

Тогда толщина слоя изоляции определяется из выражения:

 

где - коэффициент теплопроводности совелита;

       - расчетная температура наружной поверхности корпуса колонны.

Тогда имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Выбор вспомогательного оборудования

4.1 Цель раздела

Целью раздела является подбор емкостей исходной смеси, дистиллята и  кубового остатка, теплообменной аппаратуры (дефлегматора), а также насоса для  подачи исходной смеси.

4.2 Емкостное  оборудование

Номинальный объем емкостного оборудования определяется по формуле:

 

где - массовый расход продукта, ;

     - время пребывания продукта в емкости, ч;

     - плотность продукта, .

Принимая время пребывания продукта в емкостях равным 8 ч, и используя данные пункта 3, получим:

• для исходной смеси

 

Принимаем емкость объемом 195 .

• для кубового остатка

 

Принимаем емкость объемом 130 .

• для дистиллята

 

Принимаем емкость объемом 70 .

4.3 Теплообменная  аппаратура

Подбор теплообменной  аппаратуры проводится по основному  уравнению теплопередачи:

 

где – тепловая нагрузка на теплообменный аппарат, Вт;

       - ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, /6, табл. 4.8/;

       - средняя движущая сила процесса теплообмена, .

Согласно п.п. 3.9 тепловая нагрузка на соответствующий теплообменный  аппарат составляет:

 

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи согласно /6, табл. 4.8/:

 

Среднюю движущую силу определим  исходя из температурных схем движения теплоносителей:

 

 

• дефлегматор

 

 

 

 

• кипятильник

 

 

 

 

После подстановки полученных значений в уравнение теплопередачи, получим следующие значения необходимых  поверхностей теплообмена:

 

 

Согласно /6, табл. 4.12/ принимаем  следующие теплообменные аппараты:

• дефлегматор

 

• кипятильник

 

4.4 Насосное оборудование

Подбор насоса для подачи исходной смеси на питающую тарелку  из емкости проведем по формуле, согласно /6/:

 

где - высота подъема исходной смеси до питающей тарелки;

       - общие потери напора на трение и местные сопротивления, м.

Общие потери напора на трение и местные сопротивления определим  по формуле:

 

где * – коэффициент трения;

       - длина трубопровода подачи исходной смеси;

       - суммарная эквивалентная длина трубопровода, имеющая такое же гидравлическое сопротивление, как и местные сопротивления(повороты, арматура, подогреватель), м;

       - скорость жидкости в трубопроводе, .

Примем .

Скорость жидкости в трубопроводе определяется уравнением расхода:

 

Коэффициент трения определяется в зависимости от критерия Рейнольдса:

 

Согласно /6, табл. 1.5/ коэффициент  трения для труб с шероховатостью составляет .

Тогда потери напора и требуемый  напор составят:

 

 

Согласно /6, табл. 2.5/ при требуемом  напоре и объемном расходе   принимаем насос марки Х 45/21 со следующими характеристиками:

.

 

5 Прочностной расчет основных элементов колонны

5.1 Цель расчета

Целью расчета является определение  размеров основных элементов аппарата, исходя из условий прочности и  устойчивости. Расчет ведется согласно /11, 12/.

5.2 Исходные данные

Диаметр аппарата  ,	1,8
Рабочее давление	атмосферное
Расчетная температура (принимается равной максимально допустимой рабочей температуре)	150
Материал аппарата	сталь 08Х13
Срок службы аппарата	15
Скорость коррозии, эрозии (не более)	0,133
Допускаемые напряжения   ,	130

 

5.3 Расчет диаметров штуцеров

Диаметр штуцера определяется по формуле:

 

где  - расход соответственно жидкости или пара, .

        ;

        – плотность соответственно жидкости или пара, .

Величина скоростей потоков  принимается по рекомендации /6, табл. 1.1/.

Результаты расчета сведены  в таблицу 5.1.

 

 

           Таблица 5.1 – Таблица штуцеров

Наименование штуцера	Расход,	Плотность,	Скорость,	Кол-во	Диаметр,
					расчетный	принятый
Вход питания	5	742,8	1,5	1	0,076	0,080
Вход флегмы	4,92	749,2	1,0	1	0,091	0,100
Выход паров	6,66	1,98	40	1	0,327	0,350
Выход кубовой жидкости	3,26	738,4	0,7	1	0,089	0,100

 

5.4 Обечайка корпуса

За расчетное давление колонных аппаратов, работающих под  атмосферным давлением, принимается  давление гидроиспытания под наливом воды.

Давление гидроиспытания определяется по формуле:

 

где - плотность воды при гидроиспытаниях;

       - высота столба жидкости при гидроиспытаниях.

Подставляя значения, получим:

 

Толщина обечайки определяется по формуле:

 

где  - коэффициент прочности продольного сварного шва /11/.

Подставляя численные  значения, получим:

 

Исполнительная толщина  стенки определяется с учетом прибавки  к расчетной толщине, согласно условию:

 

где  - сумма прибавок к расчетной толщине.

 

где - прибавка для компенсации коррозии и эрозии;

       - прибавка на компенсацию минусового допуска;

       - технологическая прибавка.

Прибавка  определяется по формуле:

 

Тогда имеем:

 

Подставляя полученные значения, получим:

 

Согласно /11/ исполнительную толщину стенки корпуса окончательно принимаем равной .

Проверим условие применимости расчетных формул. Для обечаек  при    должно выполняться условие:

 

 

Условие выполняется.

Допускаемые напряжения при  гидроиспытании определяются по формуле:

 

где  - предел текучести материала корпуса при /12/.

Проверим условие:

 

где  - допускаемое избыточное внутреннее давление, .

 

Условие    выполняется.

Проверим выполнение условия:

 

где  - допускаемое напряжение при /11/;

        - пробное давление, мПа.

 

Условие    выполняется.

Следовательно принятая толщина обечайки условиям прочности удовлетворяет.

5.5 Днище корпуса

Толщина стенки эллиптического днища, нагруженного внутренним давлением, находится по формуле:

 

где  - радиус кривизны в вершине днища;

        - коэффициент прочности сварного шва.

 

Исполнительная толщина  стенки днища определяется по формуле:

 

где  - сумма прибавок к расчетной толщине стенки.

Принимаем исполнительную толщину  стенки днища равной  /11/.

Проверим условие применимости расчетных формул. Для эллиптических  днищ должно выполняться условие:

 

 

Условие    выполняется.

5.6 Выбор опоры

Выбор опоры осуществляется по максимальным и минимальным приведенным  нагрузкам.

Максимальная приведенная  нагрузка для нижнего сечения  опорной обечайки при отсутствии изгибающего момента рассчитывается по формуле /11/:

 

где  - вес аппарата соответственно при рабочих условиях и условиях гидроиспытаний, МН.

Ориентировочно примем следующие  значения нагрузок и изгибающих моментов:

 

Подставляя соответствующие  значения моментов и нагрузок, получим:

 

Минимальная приведенная  нагрузка определяется по формуле /11/:

 

где  - максимальная нагрузка в условиях монтажа.

Принимаем цилиндрическую опору  типа 3  /9/ с  :

Опора 3 – 1800 – 160 – 80 – 2000 – ОСТ 26 – 467 – 78.

 

 

Заключение

В курсовом проекте в соответствие с заданием приведены следующие  разделы:

• описание технологической схемы;
• выбор конструкции колонны и конструкционного материала;
• технологический расчет колонны;
• выбор вспомогательного оборудования;
• прочностной расчет элементов колонны.

Таким образом, в проекте  всесторонне рассмотрены вопросы  выбора и расчета принятой конструкции  колонны ректификации для разделения смеси ацетон – этиловый спирт.

При разработке колонны учтены рекомендации и опыт эксплуатации контактных устройств в колонных аппаратах  при разделении различных смесей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Касаткин А.Г. Основные  процессы и аппараты химической  технологии. - М.: Химия, 1973. – 780 с.

2. Александров Н.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. – М.: Химия, 1978. – 278 с.;

3. Справочник по основным  процессам и аппаратам нефтепереработки./ Под ред. Е.Н. Судакова. – М.: Химия, 1979. – 568 с.;

4. Основные процессы и  аппараты химической технологии. Пособие по курсовому проектированию./ Под ред. Дытнерского Ю.И. – М.: Химия, 1983. – 272 с.;

5. Ворбьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. – М.: Химия, 1975. – 816 с.;

6. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1987. – 575 с.;

7. Машины и аппараты  химических производств./ Учебное  пособие. Под общ. ред. В.Н. Соколова. – Л.: Машиностроение, 1982. – 384 с.;

8. Плановский А.Н., Рамм В.Н., Коган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1968. – 848 с.;

9. Колонные аппараты. Каталог-справочник. – М.: Цинтинефхиммаш, 1966. – 56 с.;

10. Перри  Дж. Справочник инженера-химика, т. 1/ Под ред. Жаворонкова Н.М. – М.: Химия, 1969.;

11. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник. – Л.: Машиностроение, 1981. – 381 с.;

12. Сосуды и аппараты. Нормы  и методы расчета на прочность.  ГОСТ  14249-89. – М.: Издательство стандартов, 1989. – 80 с.; 

13. Иоффе И.Л. Проектирование  процессов и аппаратов химической  технологии. – Л.: Химия, 1991. – 312 с.