3. Конструктивный расчет

Диаметры штуцеров определим по формуле:

где G– расход;

 - скорость (определяем исходя из справочных данных [4];

 - плотность жидкости (пара).

Диметр штуцера для выхода пара равен:

где = 10 м/с;= 3.45 кг/м³.

Диметр штуцера для входа паров из кипятильника равен:

где = 15 м/с;=4.57 кг/м³.

Диметр штуцера для входа флегмы равен:

где v= 2 м/с;

Диметр штуцера для выхода жидкости из куба равен:

где v= 2 м/с;

Диметр штуцера для выхода кубового остатка равен:

где, G= (G_B+G_H) / 2 = 1.485 кг/с;

4. Гидравлический расчет сопротивления тарелок

Гидравлическое сопротивление тарелок колонны Р_Копределяют по формуле:

где Р_ВиР_Н - гидравлическое сопротивление одной тарелки соответственно верхней и нижней части колонны, Па.

Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки складывается из трёх слагаемых.

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки рассчитаем по уравнению:

Коэффициент сопротивления сухих колпачковых тарелок равен 4,0 – 5,0. Примем= 5,0.

Гидравлическое сопротивление газо-жидкостного слоя (пены) на тарелках будет различным в верхней и нижней частях колонны:

Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, равно:

Тогда полное сопротивление одной тарелки равно:

Тогда полное сопротивление ректификационной колонны:

5. Механический расчет

5.1 Расчёт толщины обечайки

Главным составным элементом корпуса большинства химических аппаратов является обечайка. В химическом аппаратостроении наиболее распространены цилиндрические обечайки, отличающиеся простотой изготовления, рациональным расходом материала и достаточной прочностью.

Для ректификационной колонны, диаметром 1200 мм, примем стандартную минимальную толщину стенки корпуса δ = 10 мм и проверим, выполняется ли условие

где С_к - прибавка к номинальной толщине детали, учитывающая разрушающее действие среды на материал:

- амортизационный срок службы аппарата (принимаем = 10 лет);

П – коррозионная проницаемость, мм/год (принимаем П = 0,1 мм/год).

Тогда

мм

Проверяем выполнение условия

(10-1)/800 ≤ 0.1

0.01125 < 0.1

Поскольку условие выполняется, принимаем толщину обечайки δ = 10 мм.

5.2 Расчёт толщины днища

Составными элементами корпусов химических аппаратов являются днища, которые обычно изготовляются из того же материала, что и обечайки, и привариваются к ней. Днище неразъёмное ограничивает корпус вертикального аппарата снизу и сверху. Форма днища может быть эллиптической, сферической, конической и плоской. Наиболее рациональной формой днищ для цилиндрических аппаратов является эллиптической. Эллиптические днища изготавливаются из листового проката штамповкой.

Толщину днища принимаем равной толщине обечайки и проверяем выполнение условие

0,01125<0,125

Следовательно, условие выполняется.

5.3 Расчёт фланцевых соединений и крышки

Соединение состоит из двух фланцев, прокладки, которую размещают между уплотнительными поверхностями фланцев, болтов, гаек и шайб. Т.к. давление в аппарате P=0,1 МПа < 0,6 МПа, то выбирается фланец с гладкой поверхностью.

D = 800 мм; P = 0,1 МПа;

D_ф = 930 мм; D_Б = 890 мм; D₁ = 818 мм; h = 32 мм;

S = 10 мм; d_Б = М20; z = 32.

Прокладка – паронит:

D_п = 832 мм; d_п = 802 мм; h = 2мм.

При конструировании аппаратов выполняют проверочный расчет болтов в соответствии с ОСТ 26–373–82:

1. Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от внутреннего давления где средний диаметр прокладки

2. Реакция прокладки

где ширина прокладки b₀–эффективная ширина прокладки: при

3. Болтовая нагрузка при сборке:

где q = 20 МПа;

где– допускаемое напряжение для материала болта при 20⁰С; ВСт3, – площадь поперечного сечения болта.

Наибольшее значение

4. Проверка прочности болтов при монтаже

4. Проверка прочности болтов в период эксплуатации

где– допускаемое напряжение для болта при рабочей температуре,

Выполняются оба условия, следовательно, нет необходимости увеличивать число болтов, z = 44.