Конструктивно-механический расчёт колонны.

Общая высота колонны равна:

H=h₁+h₂+h₃+h₄+h₅+h₆+h₇

Высоту от верхнего днища до первой ситчатой тарелки h₁ принимают равной 1,10 м. Высоты определяют исходя из числа тарелок в этой части колонны и расстояния между ними. Согласно технологическому регламенту, расстояние между тарелками равно 0,5 м. Тогда:

h₂=h₄=(n-1)*h=(4-1)*0,5=1,5 м.

Высоту берём из расчёта расстояния между четырьмя тарелками, следовательно:

h₃=h*0,3=1,5 м.

Высоту принимаем равной 2 м. Высоту опоры колонны принимаем исходя их практических данных равной 4 м. Общая высота колонны согласно технологическому регламенту равна 14,04 м.

Из формулы для расчёта общей высоты колонны рассчитываем величину h_6.

h₆= H-h₁-h₂-h₃-h₄-h_5-h₇=14,04-1,1-1,5-1,5-1,5-2-4=2,44 м.

Объём реакционной массы внизу колонны исходя из запаса остатка на 10 минут, равен:

V=G_шихты*10/(ρ*60)

Плотность шихты ρ равна 796,04 кг/м³. Отсюда:

V=14214,55*10/(796,04*60)=2,98 м³.

Площадь поперечного сечения колонны:

F=V/h₆=2,98/2,44=1,22 м².

Диаметр колонны рассчитывается, исходя из формулы:

D=(4F/π)^1/2=1,22/0,785=1,25 м.

Согласно выполненным расчётам принимаем к эксплуатации вертикальный цилиндрический аппарат. Количество ситчатых тарелок-4 штуки, диаметр – 2200 мм.

Опираясь на данные технологического регламента и спецификации на оборудование, можно однозначно сказать, что имеющегося на производстве оборудования хватит с запасом для обеспечения заданной производительности.

Расчёт штуцеров колонны.

В общем виде формула для расчёта диаметра штуцерных соединений имеет следующий вид:

D_шихты=(V/(ω*0,785))^1/2

V - объёмный расход потока, м³/с; ω - скорость потока, м/с.

Для расчёта диаметра штуцеров необходимо задаться объёмными скоростями, которые принимают исходя из агрегатного состояния и давления потока в трубопроводах.

Тогда диаметр штуцера для ввода шихты сырья составит:

D_шихты=(0,005/1,16)^1/2=0,057 м.

По ГОСТ 12821-80 принимаем, что D_шихты= 65 мм.

Допустимая скорость потока сырья составит:

ω_шихты= V/(0,785*D_шихты²)=1,94 м/с.

Примем, что скорость воздуха на входе в колонну равна 20 м/с. Тогда диаметр штуцера для воздуха будет равна:

D_{воздуха}=(0,83/15,7)^1/2=0,230 м.

По ГОСТ 12821-80 принимаем, что D_{воздуха}=250 мм.

Расчётная допустимая скорость потока воздуха составит:

ω_{воздуха}=V/(0,785*D_{воздуха}²)=16,99 м/с.

Для ввода охлаждающей воды:

D_воды=(0,013/0,18)^1/2=0,27 м.

По ГОСТ 12821-80 принимаем, что D_воды=300 мм.

Расчётная допустимая скорость потока воды составит:

ω_воды=V/(0,785*D_воды²)=0,7 м/с.

Для реакционной массы на выходе из аппарата:

D_вых=(0,021/0,18)^1/2=0,34 м.

По ГОСТ 12821-80 принимаем, что D_вых=350 мм.

Расчётная допустимая скорость потока воды составит:

ω_вых=V/(0,785*D_воды²)=0,22 м/с.

Расчёт толщины обечайки корпуса.

Колонна окисления выполнена из стали О8Х18Н10Т и работает под давлением 3 атм (3 кгс/см²).

Нормативно-допускаемое напряжение для стали этой марки σ*=1428 кгс/см²; допускаемое напряжение σ_доп= σ*η=1285 кгс/см².

Толщина обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитывается по формуле:

σ_R=P*D/(2* σ_доп*φ), где

P – расчётное давление, кгс/см²; D – диаметр аппарата, см; φ – коэффициент прочности сварного шва, φ=0,9; σ_доп – допускаемое напряжение, кгс/см².

Толщина обечайки равна:

σ_R=3*125/(2*0,9*1285)=0,162 см.

Окончательно значение толщины обечайки рассчитывается с учётом прибавок:

σ= σ_R+С_К+С, где C – прибавка на коррозию, см; - технологическая прибавка на разрушающее действие среды, см.

σ=0,162+0,5+0,2=0,862 см.

Принимаем толщину обечайки 2 см (0,02 м).

Формула для σ_R применима при условии, что (σ-С)/D<0,1.

(σ-С)/D=(0,862-0,2)/125=0,0053<0,1.

Из этого следует, что условие применимости уравнения выполняется и толщина обечайки рассчитана верно.

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

Р_Д=2*σ_доп*φ*(σ-С_К)/(D+(σ-С_К))=2*1285*0,9*(2-0,5)/(125+(2-0,5))=27,43 кгс/см².