- •«Мирэа – Российский технологический университет» рту мирэа
- •Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по расчету ректификационной колонны
- •Оглавление Введение
- •Выбор конструкционного материала
- •Исходные данные
- •Основные таблицы
- •Пересчет концентраций
- •Постоянные свойства компонентов ацетон-вода при рабочих температурах [8-11]
- •Константы свойств рабочих смесей при атмосферном давлении [8-11]
- •Определение скорости пара и диаметра колонны
- •2.1 Диаметр колонны по условиям верха.
- •3.2 Определение рабочей высоты колонны
- •3.3 Определение высоты колонны
- •Гидравлический расчет тарелок
- •6.1.2 Расчет конденсатора-дефлегматора.
- •6.1.3 Расчет испарителя (кипятильника).
- •6.1.4 Расчет холодильника кубового остатка.
- •6.1.5 Расчет холодильника дистиллята.
- •6.2 Расчет центробежного насоса.
- •6.2.1 Расчет потерь на трение и местные сопротивления.
- •6.2.2 Выбор насоса
- •6.2.3 Предельная высота всасывания
- •7.2.2 Конденсатоотводчик для подогревателя исходной смеси.
- •9.2 Расчет и подбор днища (крышки)
- •10. Механический расчет
- •10.1 Расчет толщины обечайки опоры
- •10.2 Определение нагрузки
- •10.3 Расчет опоры аппарата
- •Список литературы
-
Сумма коэффициентов местных сопротивлений по всасывающей линии:
-
-
Потерянный напор во нагнетательной линии:
-
-
Общие потери насоса: .
-
Примем геометрическую высоту всасывания (высота подогревателя).
-
6.2.2 Выбор насоса
-
Рассчитаем полный напор, развиваемый насосом (считаем, что насос работает под избыточным давлением 0,1 МПа):
-
-
Полезная мощность, затрачиваемая на перекачивание жидкости насосом:
-
-
Мощность на валу двигателя: .
-
По заданным производительности и напору следует выбираем центробежный насос марки Х90/33. Насос снабжен двигателем АО2-22-2 номинальной мощностью 17 кВт, hд = 0,88, а объемный расход равен
-
6.2.3 Предельная высота всасывания
-
Для центробежных насосов запас напора, необходимый для исключения кавитации рассчитывают по формуле:
-
-
Высота всасывания не должна превышать следующее значение:
-
, где А – атмосферное давление, выраженное в метрах столба перекачиваемой жидкости:
-
– это высота столба жидкости, соответствующая давлению насыщенного пара всасываемой жидкости; для нахождения определяем давления насыщенных паров ацетона и воды:
-
При температуре t = 20°C: Рац = 184,9 мм. рт. ст., Рвод = 17,54 мм. рт. ст.
-
Парциальные давления компонентов:
-
;
-
-
Общее давление смеси паров:
-
Тогда: .
-
.
-
При установке насоса следует учитывать, что высота его расположения над уровнем жидкости в емкости не должна превышать значения
-
7. Вспомогательное оборудование
-
7.1 Подбор емкостей.
-
7.1.1 Емкость для хранения исходной смеси.
-
Расход исходной смеси время хранения смеси – 10 часов, заполнение – 0,6V.
-
Объем исходной смеси:
-
– время хранения исходной смеси в емкости;
-
– плотность смеси при температуре 20°C;
-
Выбираем емкость со следующими параметрами: горизонтальный цельносварный с эллиптическим днищем , D = 3200 мм, L = 18840 мм [2, стр. 333-334].
-
7.1.2 Емкость для дистилляции.
-
Объем дистиллята:
-
– время хранения исходной смеси в емкости;
-
– плотность смеси при температуре 30°C;
-
Выбираем емкость со следующими параметрами: горизонтальный цельносварный с эллиптическим днищем , D = 3000 мм, L = 7920 мм [2, стр. 333-334].
-
7.1.3 Емкость для кубового остатка.
-
Объем дистиллята:
-
– время хранения исходной смеси в емкости;
-
– плотность смеси при температуре 30°C;
-
Выбираем емкость со следующими параметрами: горизонтальный цельносварный с эллиптическим днищем , D = 3000 мм, L = 10330 мм [2, стр. 333-334].
-
7.2 Расчет и подбор конденсатоотводчиков [5].
-
7.2.1 Конденсатоотводчик для куба-испарителя.
-
Для отвода конденсата, образующегося при работе теплообменных аппаратов, в зависимости от давления пара применяют различные виды устройств.
-
При начальном давлении не менее 0,06 МПа рекомендуется устанавливать конденсатоотводчики поплавковые муфтовые, которые надежно работают при перепаде давления более 0,05 МПа при постоянном и переменных режимах расходования пара.
-
Расчетное количество конденсата после теплообменного аппарата:
-
, где .
-
-
Оценка давлений:
-
-
-
Условная пропускная способность: , где:
-
-
-
Выбираем термодинамический конденсатоотводчик в зависимости от условной пропускной способности по ближайшему большему значению. Это конденсатоотводчик марки 45ч13нж1 с , диаметром условного прохода , диаметр сменного седла 14 мм, диаметр конденсатоотвода , высота конденсатоотводчика 390 м.
-
7.2.2 Конденсатоотводчик для подогревателя исходной смеси.
-
Расчетное количество конденсата после теплообменного аппарата:
-
, где .
-
-
Оценка давлений:
-
-
-
Условная пропускная способность: , где:
-
-
-
Выбираем термодинамический конденсатоотводчик в зависимости от условной пропускной способности по ближайшему большему значению. Это конденсатоотводчик марки 45ч13нж1 с , диаметром условного прохода , диаметр сменного седла 9 мм, диаметр конденсатоотвода , высота конденсатоотводчика 275 м.
-
8. Расчет и подбор штуцеров
-
Диаметры штуцеров колонны и теплообменной аппаратуры, а следовательно, и диаметры технологических трубопроводов, определяют из уравнения расхода по допустимой скорости потоков в них:
-
8.1 Штуцер для подачи исходной смеси.
-
[7, стр 53-54], тогда диаметр штуцера равен: , где
-
-
При t1 = 65,5 °C:
-
Выбираем штуцер с материал – сталь 09Х15Н8Ю, ОСТ 26-1404-76 [6, стр. 175].
-
Подбираем фланец: количество болтов z = 4, материал – сталь 3, исполнение 1 [3, стр. 548].
-
8.2 Штуцер для вывода паров дистиллята.
-
, тогда диаметр штуцера равен: , где
-
-
При t2 = 57,2 °C:
-
Выбираем штуцер с материал – сталь 09Х15Н8Ю, ОСТ 26-1404-76 [6, стр. 175].
-
Подбираем фланец: количество болтов z = 12, материал – сталь 3, исполнение 1 [3, стр. 548].
-
8.3 Штуцер для вывода кубового остатка.
-
, тогда диаметр штуцера равен: , где
-
-
При t0 = 96 °C:
-
Выбираем штуцер с материал – сталь 09Х15Н8Ю, ОСТ 26-1404-76 [6, стр. 175].
-
Подбираем фланец: количество болтов z = 4, материал – сталь 3, исполнение 1 [3, стр. 548].
-
8.4 Штуцер для подачи флегмы в колонну.
-
, тогда диаметр штуцера равен: , где
-
-
При t2 = 65,5 °C:
-
Выбираем штуцер с материал – сталь 09Х15Н8Ю, ОСТ 26-1404-76 [6, стр. 175].
-
Подбираем фланец: количество болтов z = 4, материал – сталь 3, исполнение 1 [3, стр. 548].
-
8.5 Штуцер для присоединения испарителя к колонне.
-
Выбираем штуцер с материал – сталь 09Х15Н8Ю, ОСТ 26-1404-76 [6, стр. 175].
-
Подбираем фланец: количество болтов z = 4, материал – сталь 3, исполнение 1 [3, стр. 548].
-
8.6 Штуцер для подачи пара в колонну.
-
Выбираем штуцер с материал – сталь 09Х15Н8Ю, ОСТ 26-1404-76 [6, стр. 175].
-
Подбираем фланец: количество болтов z = 12, материал – сталь 3, исполнение [3, стр. 548].
-
-
9. Расчет корпуса колонны
-
9.1 Расчет толщины обечайки
-
Исполнительную толщину тонкостенной гладкой цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитывают по формуле:
-
[2 стр. 395]
-
р — давление в аппарате:
-
-
φ-коэффициент прочности сварного шва.
-
Для одностороннего стыкового сварного шва φ=0,9 [3, стр. 395, табл. 13.3]
-
[3, стр. 393]
-
Коэффициент η принимаем равным 0,9, т. к. среда является пожаро- или взрывоопасной [3, стр. 393].
-
Нормативное допускаемое напряжение s* по [2, с. 394, табл. 13.1] выбираем равным 134 МПа.
-
-
Прибавка на коррозию:
-
-
n — скорость коррозии или эрозии
-
Т — срок службы аппарата
-
-
Учитывая компенсацию утончения в процессе изготовления и компенсацию минусового допуска примем, а также с учетом коэффициента запаса прочности, который как правило принимается равным 2,4 примем S = 10 мм.
-
9.2 Расчет и подбор днища (крышки)
-
Толщину стенки эллиптического днища определяют по формуле:
-
[2 стр. 398]
-
R — радиус кривизны в вершине днища:
-
-
Н — высота днища без учета цилиндрической отбортовки.
-
R = D для эллиптических днищ с Н = 0,25D; H = 0,35 м, D = 1,4 м.
-
Днище сварное из двух частей. j — коэффициент прочности сварного шва.
-
Для одностороннего стыкового сварного шва j = 0,9 [3, стр. 395, табл. 13.3]
-
[3, стр. 393]
-
Коэффициент принимаем равным 0,9, т. к. среда не является пожаро- или взрывоопасной [3, стр. 393].
-
Нормативное допускаемое напряжение s* по [2, с. 394, табл. 13.1] выбираем равным 134 МПа.
-
Расчет р приведен выше.
-
Учитывая компенсацию ослабления днища вваренным в него штуцером и компенсацию минусового допуска примем, а также с учетом коэффициента запаса прочности, который как правило принимается равным 2,4 примем S = 10 мм.
-
10. Механический расчет
-
10.1 Расчет толщины обечайки опоры
-
Материал опоры: 16ГС;
-
-
Химические аппараты устанавливают на фундаменты чаще всего с помощью опор. Аппараты вертикального типа с соотношением , оснащают так называемыми юбочными опорами — цилиндрическими или коническими.
-
Для определения нагрузки на опору вычислим массу опоры:
-
Масса колпачковой однопоточной тарелки равна 202 кг;
-
Масса эллиптического днища — 146 кг;
-
Масса обечайки , ;
-
Массу крышки примем равной 146 кг;
-
Масса воды в аппарате при гидроиспытаниях ,
-
Для удобства расчета считаем, что колонна заполнена водой.
-
Примем массу штуцеров, фланцев и люков 1 т.
-
Тогда масса аппарата будет равна 34,95 тонн = 0,3427 МН.
-
Расчетный диаметр аппарата 1,4 м. Так как отношения высота аппарата к его расчетному диаметру меньше, чем 15, то расчетная схема аппарата выбирается в виде в виде упруго защемленного стержня.
-
10.2 Определение нагрузки
-
Поправочный коэффициент к нормативному скоростному напору для участков аппарата высотой больше 10 м. определяем по графику θ = 1,05.
-
Нормативный скоростной напор ветра q для высоты 11,8м будет равен
-
Расчетный скоростной напор:
-
Средний диаметр колонны:
-
,
-
Момент инерции:
-
, .
-
Определим период собственных колебаний колонны: