4 семестр - Курсовой проект / Расчет ректификационной установки (метанол-вода) - 2003 / project-3-в7

Расчет и выбор диаметров штуцеров и трубопроводов

Расчет трубопровода для ввода парожидкостной смеси из кипятильника в колонну:

F_тр=0,75 F_кип

где F_кип–площадь сечения трубного пространства кипятильника;

Выбираем стандартный трубопровод [1, cтр.16] d=426x11 D_y=404мм

Расчет остальных диаметров штуцеров и трубопроводов проводим на основании уравнения расхода:

где:

G–расход пара или жидкости кг/с;

W–скорость пара или жидкости в трубе м/с;

r–плотность пара или жидкости кг/м³;

Стандартные трубопроводы выбираем из таблицы [1, cтр.16], результаты расчетов приведены в таблице:

Трубопровод	G кг/с	W м/с	r кг/м3	D труб мм	d miny мм
Ввод греющего пара в кипятильник	0,716	40,00	0,9	194х6	159.2
Вывод кубовой жидкости из колонны в кипятильник	0,605	0,50	960,7	57х4	40.1
Вывод водяного конденсата из кипятильника	0,716	0,50	950,0	57х4	43.8
Вывод пара из колонны и подача в дефлегматор	0,847	30,00	1,090	194х6	181.6
Вывод дистиллята из дефлегматора	0,393	0,30	755,9	57х4	47.0
Ввод и вывод воды в дефлегматор	19,95	2,00	996,0	133х4	113.0
Подача флегмы в колонну	0,454	0,30	755,9	70х3.5	50.5
Ввод греющего пара в подогреватель	0,111	40,00	0,9	70х3.5	62.7
Вывод конденсата из подогревателя	0,111	0,50	950,0	25х3	17.3
Ввод и вывод исходной смеси в подогреватель	1,111	2,00	894,7	38х4	28.1
Ввод и вывод дистиллята из холодильника	0,393	0,30	773,8	57х4	46.4
Ввод и вывод воды в холодильник дистиллята	0,764	2,00	996,0	32х3	22.1
Ввод и вывод кубового остатка в холодильник	0,718	0,75	980,0	45х4	35.3
Ввод и вывод воды в холодильник кубового остатка	4,183	2,00	996,0	70х3.5	51.7

Механический расчет.

Расчет толщины обечайки

Толщину тонкостенной гладкой цилиндрической обечайки рассчитывают по формуле:

[1, cтр.398, 13-17]

где:

–толщина обечайки, м;

_y–допускаемое напряжение, МПа;

j– коэффициент прочности сварных швов;

С_к–скорость коррозии, м;

d_k–диаметр колонны, м;

Толщина обечайки:

м

Необходимо соблюдение условия:

– условие выполняется.

Выбираем стандартную толщину обечайки исходя из диаметра и давления внутри колонны [7, cтр.188, табл. 15.4] =0,01 м.

Расчет толщины днища и крышки

Для данного колонного аппарата будем использовать эллиптическое днище и эллиптическую крышку.

Толщину днища (крышки) рассчитывают по формуле:

[1, cтр.398, 13-14]

где:

–толщина днища (крышки), м;

_y–допускаемое напряжение, МПа;

j–коэффициент прочности сварных швов;

С_к–скорость коррозии, м;

d_k–диаметр колонны, м;

Толщина днища:

м

Необходимо соблюдение условия:

– условие выполняется.

Выбираем стандартное днище (и крышку) по каталогу

[7, cтр.209, табл. 16.1]

d_в=1,0 м. h_в=0,55 м. h=0,06 м.

Подбор фланца к крышке

Выбираем фланец исходя из внутреннего диаметра колонны и максимального допустимого давления.

Выбираем стандартный фланец [7, cтр.235, табл. 13.7]

D=1000мм

D_ф=1145мм

D_б=1105мм

h=50мм

d=23мм

z=44–число болтов

Расчет и подбор вспомогательного оборудования

Расчет и подбор емкостей

Емкости для исходной смеси, кубового остатка и дистиллята подбираются на восьмичасовой рабочий день, с коэффициентом запаса 1,25.

где

G–расход жидкости кг/с;

–плотность жидкости;

1. Емкость для исходной смеси: м³

Ёмкость с параметрами по ГОСТ 9931–79:

V=50 м³, D_вн=4,5 м, l=3,15 м.

2. Емкость для дистиллята:

Подбираем стандартную емкость с параметрами по ГОСТ 9931–79:

V_н=30 м³, D_вн=4 м, l=2,5 м.

3. Емкость для кубового остатка:

Ёмкость с параметрами по ГОСТ 9931–79:

V_н=30 м³, D_вн=4 м, l=2,5 м.

Подбор конденсатоотводчиков

Для отвода конденсата и предотвращения проскока пара в линию отвода конденсата теплообменные аппараты, обогреваемые насыщенным водяным паром, должны снабжаться конденсатоотводчиками. Расчет поплавкового конденсатоотводчика состоит в определении диаметра условного прохода D_y по максимальному коэффициенту пропускной способности k.

k определяется из формулы: [1, стр. 57]

где: G–расход водяного конденсата (в т/ч) ; p–перепад давления между давлением пара и давлением в линии отвода конденсата (в МПа);

1.Конденсатоотводчик для кипятильника:

по таблице [1, стр. 56] подбираем стандартный конденсатоотводчик с D_y=50 мм

2.Конденсатоотводчик для подогревателя:

по таблице [1, стр.56] подбираем стандартный конденсатоотводчик с D_y=20 мм

Расчет и подбор насосов

В установке имеется 4 насоса:

Насос для подачи исходной смеси в подогреватель;

Насос для подачи кубового остатка в холодильник;

Насос для подачи кубового остатка на склад;

Насос для подачи дистиллята на склад.

Расчёт насос для подачи исходной смеси в подогреватель по напору и мощности двигателя.

Расчет гидравлического сопротивления подогревателя.

Скорость движения в трубках:

м/с

Значение критерия Рейнольдса:

Коэффициент трения определим по формуле [1, стр.69, 2–31]:

Скорость жидкости в штуцерах:

м/с [1, стр.68, 2.30]

Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве в соответствии с формулой [1, стр.69, 2.35] будет равно:

Скорость движения жидкости во всасывающей и нагнетательной линиях одинакова, т.к. равны диаметры трубопроводов и равна 1,757 м/с.

Рассчитываем критерий Рейнольдса:

т.е. режим турбулентный.

Необходимый напор насоса рассчитывается по формуле:

[1, стр. 20, 1–33]

где: P₁ – давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость;

P₂ – давление в аппарате, в который подается жидкость;

– плотность перекачиваемой жидкости;

Н_г – геометрическая высота подъема жидкости;

h_П=h_П.BC+h_П.HAГ – потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях;

Потери в линии всасывания

[4, стр. 90]

где:

–коэффициент трения;

l_вс–длина всасывающего трубопровода;

d–диаметр всасывающего трубопровода;

–коэффициент местного сопротивления;

По значению критерия Рейнольдса и относительной шероховатости стенок стальной трубы из графика [4, стр.22, рис. 1.5] определяем коэффициент трения:

=0,0324

Коэффициенты местных сопротивлений: [4, стр.520, табл. XIII]

Вид сопротивления	число сопротивлений	
вход в трубу	1	0,5
вентиль	2	0,6
колено	2	1,1

å =0,5+2×0,6+2×1,1=3,9 l_вс=10 м

Запас напора на кавитацию:

Потери в линии нагнетания

[4, стр. 90]

Коэффициенты местных сопротивлений: [4, стр.520, табл. XIII]

Вид сопротивления	число сопротивлений	
вход в трубу	1	0,5
вентиль	2	0,6
колено	5	1,1

å =0,5+2×0,6+5×1,1=7,2 l_наг=50 м.

В расчете потерь напора следует также учесть гидравлическое сопротивление подогревателя потока питания.

h_{п общ}=373/(9,81894,7)+2,31+9,63+0,61=12,60 м.

Общий напор насоса:

Н=7,5+12,6=20,1 м.

Полезная мощность насоса рассчитывается по формуле: [4, стр. 90]

N_п=G^.g^.H=1,111×9,81×20,1=220 Вт

Принимая КПД насоса равным 0,6; а КПД передачи от электродвигателя к насосу 0,98; рассчитаем мощность, которую должен развивать электродвигатель насоса на выходном валу:

При расчете затрат энергии на перекачивание необходимо учесть потерю энергии в самом двигателе:

Производительность насоса: Q=1,24^.10^-3 м³/с

По производительности, напору и полезной мощности из каталога стандартного оборудования [1, стр.38, Приложение 1.1] подбираем насос:

Марка	Q м3/с	Н м.ст.ж.	n с-1	н	электродвигатель
					тип	N кВт
Х8/30	2,410-3	24	48,3	0,50	АО2–32–2	4

Выбор точек контроля и регулирования

Учет количества и качества перерабатываемой смеси и получаемых продуктов осуществляют контрольно-измерительные приборы. В реальных условиях качество сырья и параметры системы, обеспечивающие оптимальный режим работы (параметры теплоносителей) всегда имеют отклонения от расчетных и заданных. Для устранения влияния этих факторов используют средства регулирования. У ректификационной колонны регуляторы отдельных узлов должны быть связаны между собой т.к. связаны между собой и большинство параметров при ректификации.

Точки контроля.

Контролю подлежат:

Расход, концентрация и температура исходной смеси т.к. от нее зависят основные параметры системы.

Расход, концентрация и температура дистиллята и кубового остатка, а так же расход флегмы т.к. качество продукции определяется этими параметрами.

Точки регулирования.

Уровень жидкости в кубовой части колонны регулируется расходом кубовой жидкости.

Температура исходной смеси, поступающей в колонну регулируется расходом греющего пара, подаваемого в подогреватель.

Состав пара выходящего из колонны регулируется расходом флегмы и расходом греющего пара, подаваемого в кипятильник.

Расход исходной смеси регулируется регулировочным вентилем.

Температура жидкости, выходящей из дефлегматора и холодильников, регулируется расходом холодной воды.

Температура паров, поступающих в колонну из кипятильника, регулируется подачей пара в теплообменник.

Приложения и эскизы

Эскиз одноходового теплообменника (кипятильника).

Эскиз двухходового теплообменника.

Эскиз конденсатоотводчика.

Эскиз центробежного насоса.

42