Материал: Проектирование отпарной колонны

Проектирование отпарной колонны

Аннотация

При выполнении курсовой работы был проведён литературно-патентный обзор, рассмотрены различные конструкции аппаратов, применяемых для осуществления процесса отпаривания, был проведён анализ двух конструкций и выбрана наиболее оптимальная в качестве объекта проектирования. Также перечислены основные конструктивные элементы, выбран материал для изготовления колонны и описан способ изготовления основных деталей. Проведён расчёт на прочность конструктивных элементов аппарата. Приводится расчет фланца на прочность проведённый с помощью ЭВМ.

Содержание

Нормативные ссылки

Определения обозначения и сокращения

Введение

1. Описание конструкции аппарата

. Выбор конструкционных материалов и защита от коррозии

3. Определение оптимальных конструктивных размеров аппарата

. Расчёт на прочность основных элементов аппарат

. Проверочный расчёт элементов аппарата на ЭВМ

. Требования к эксплуатации

Вывод

Список литературы

Нормативные ссылки

•ГОСТ 12.1.007-76. ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.

· ГОСТ 2.102- 68.ЕСКД. Виды и комплектность конструкции документов.

· ГОСТ 2.201 - 80.ЕСКД. Обозначение изделий и конструкции документов.

· ГОСТ 2.501-88. ЕСКД. Правила учета и хранения.

· ГОСТ 2.601-95. ЕСКД. Эксплуатационные документы.

· ГОСТ 8.417-81. ГСИ. Единицы физических величин.

•ГОСТ 9.402-80 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей перед окрашиванием

·   ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

·   ГОСТ 12.1.016-79 Система стандартов безопасности труда. Воздух рабочей зоны. Требования к методикам измерения концентраций вредных веществ

· ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-74) Система стандартов безопасности труда. Пожар взрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения

· ГОСТ 12.3.002-75 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

· ГОСТ 12.3.005-75 Система стандартов безопасности труда. Работы окрасочные. Общие требования безопасности

· ГОСТ 12.4.011-89 Система стандартов безопасности труда. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация

·   ГОСТ 12.4.021-89 Система стандартов безопасности труда. Системы вентиляционные. Общие требования

·   ГОСТ 6806^:-73 Материалы лакокрасочные. Метод определения эластичности пленки при изгибе

: • ГОСТ 8420-74 Материалы лакокрасочные. Методы определения условной вязкости

·   ГОСТ 8832-76 (ИСО 1514-84) Материалы лакокрасочные. Методы получения лакокрасочного покрытия для испытания

·   ГОСТ 9825-73 Материалы лакокрасочные. Термины, определения и обозначения

·   ГОСТ 9980.1-86 Материалы лакокрасочные. Правила приемки

·   ГОСТ 9980.2-86 (ИСО 842-84, ИСО 1512-74, ИСО 1513-80) Материалы лакокрасочные. Отбор проб для испытаний

Обозначения и сокращения

с - теплоёмкость, кДж/ (кгК).

d -диаметр, м.

G - расход теплоносителя, кг/кг; кг/с,

g = 9,8 1 м/с² - ускорение свободного падения,

h - высота ребра, м; энтальпия жидкости, кДж/кг.

К - коэффициент теплопередачи, Вт/ (м²*К).

Nu - критерий Нуссельта.

Р - параметр.

Pr- критерий Прандтля.

Q - тепловая нагрузка.

R - параметр, фактор загрязнения (м²*К) / Вт.

r- теплота испарения, кДж/кг.

Re - критерий Рейнольдса.

S - расстояние между трубами, м.

Т - температура, К.

u - массовая скорость, кг/ (м² • с),

ω - скорость, м/с.

α - коэффициент теплоотдачи, Вт/ (м² ∙ К).

δ- толщина, м. л, - параметр

- температурный напор, К.

η - теплопроводность, Вт/ (м ∙ К).

μ - динамическая вязкость, Па ∙ с.

v - кинематическая вязкость, м²/с.

ξ - плотность, кг/м; термическое сопротивление, (м² • К)/Вт.

ρ - коэффициент,

τ - время, с.

φ - коэффициент оребрения

Введение

Важнейшей задачей нефтеперерабатывающей промышленности нашей страны является углубление переработки нефти, ускоренное развитие производство автомобильных, дизельных и других видов топлив, сырья для нефтехимии и микробиологии на основе использования новых эффективных ^: катализаторов и адсорбентов, современного высокопроизводительного оборудования, внедрения принципа комбинирования процессов в составе единой установки повышенной мощности. Потребности промышленности в указанных продуктах возрастают значительно быстрее по сравнению с объемом добычи и переработки нефти, в связи с чем необходимо резкое повышение эффективности использования нефти в народном хозяйстве. Так, если на 1 т моторного топлива в 1980г затрачивали более 2,0 т нефти, в 1985 г- 1,72 т, в 1990 г- 1,58 т, то в 2000 г намечено затратить не более 1,28т. Повышение выработки моторных топлив на единицу перерабатываемой нефти требует опережающего развития вторичных каталитических процессов, позволяющих углубить переработку нефти и производить дополнительные количества светлых нефтепродуктов из фракций мазута. Широкое использование вторичных процессов, например в США позволяет из типичной западно-техасской нефти получать до 60% (масс.,) бензина и суммарно 75-80% моторных топлив. В Западной Европе, где уровень развития вторичных процессов ниже, суммарная выработка моторных топлив составляет около 50% на нефть. В нашей стране мощности по вторичным процессам сравнительно невелики и равны 30,14% от первичной переработки нефти преимущественно за счет каталитического риформинга и гидроочистки (25, 49%).

Среди каталитических процессов, используемых в нефтеперерабатывающей промышленности, первое место по масштабам применения принадлежит каталитическому крекингу. Значительное количество выпускаемого современными заводами товарного бензина производится из соляровых дистиллятов путем их крекинга в слое катализатора. Практическая ценность крекинг - установок с непрерывно действующими реакторами и циркуляцией катализатора подтверждается широким и все продолжающимся распространением их на перерабатывающих заводах. Предусматривается дальнейшее увеличение числа таких установок и общей мощности каталитического крекинга.

Разработанный в 1936 г процесс каталитического крекинга в настоящее время является одним из самых основных процессов современных и перспективных НПЗ топливного профиля, обеспечивающих выработку больших количеств высокооктанового бензина из тяжелого сырья -атмосферного газойля, дистиллятов вакуумной перегонки и коксования, деасфальтизата.

Преимущество включения установок каталитического крекинга в состав НПЗ, имеющего прямую перегонку нефти, гидроочистку бензина, платформинг и обессеривание газойлей, видно из приведенных в табл. 1.1 данных по изменению материального баланса нефтеперерабатывающего завода при переработке легкой иранской нефти. Дополнение НПЗ процессом каталитического крекинга (вариант 1) позволяет значительно увеличить выход бензина и фракции С₃-С₄ за счет снижения выхода котельного топлива. При этом выработка нефтегазового топлива несколько увеличивается.

Схема НПЗ, включающая наряду с каталитическим крекингом висбрекинг вакуумного гудрона, изомеризацию н-бутана и алкилирование сжиженных нефтяных газов (вариант 2), приводит к еще большему росту выхода бензина при уменьшении выхода углеводородов С4 в связи с производством дополнительного количества высокооктанового компонента бензина на установке алкилирования.

Кроме того, увеличивается выход бытового топлива за счет снижения котельного топлива. В настоящее время наибольшее распространение получили установки с микросферическим катализатором, которые продолжают непрерывно совершенствоваться.

Радикальные улучшения процесса каталитического крекинга в 60 и 70-х годах связаны с открытием каталитической активности цеолитов и созданием на их основе цеолитсодержащих катализаторов. Разработка и внедрение цеолитсодержащих катализаторов первого поколения позволили увеличить выработку целевого продукта - бензина на 6-8% в расчете на сырье крекинга.

1. Описание конструкции аппарата

Аппарат - отпорная колонна, используется для отпаривания вторичных переработок нефти, т.е. для отделения примесей от основного компонента, легкого и тяжелого газойля. Аппарат вертикального типа, расположен в помещении цеха.

Материал: 12Х18Н10Т

Внутр. диаметр, D:1400 мм

Толщина стенки, s:6 мм

Длина обечайки, L:8-103 мм

Длина царги 2-103 мм

Рисунок 1.1 - Обечайка

К обечайке сверху прикрепляется крышка.

Материал: 12Х18Н10Т

Внутр. диаметр, D: 1400 мм

Толщина стенки днища 6 мм

Высота днища, Н: 150 мм

Длина отбортовки, hi: 50 мм

Рисунок 1.2 - Крышка

Крышка к обечайке прикрепляется с помощью фланцевого соединения. Фланцы соединяющие царги имеют те же параметры:

Тип фланцев: Плоские приварные

Исполнение: Плоские

Теплоизоляция: Нет

Диаметр болтовой окружности, D₆:0,8-10³ мм

Болты:

Материал:35

Наружный диаметр, d:15 мм

Количество, п:12

Контроль затяжки: Нет

Прокладка:

Материал прокладки Резина по ГОСТ 7338 с твёрдостью по Шору А до 65 единиц

Толщина, h_n: 10 мм

Средний диаметр, D_cn: 0,75-10³ мм

Ширина, b_п: 30 мм

Рисунок 1.3 - Прокладка

На крышке имеется штуцер Ж через который выходят пары примесей ( уксусно-этиловый эфир), пары поступают в дефлегматор, где частично конденсируются, этот конденсат (флегма) возвращается в колонну через штуцер 3. рядом имеется штуцер 3] через который в колонну поступает лютерная вода.

На днище так же имеется штуцер К, по нему освобожденный от основной части головных примесей водно-спиртовой раствор (эпюрат) направляется через кипятильник в ректификационную колонну. Через штуцер И в колонну поступают пары из кипятильника.

Материал несущего элемента:12Х18Н1 ОТ

Толщина стенки несущего элемента, s:5 мм

Материал штуцера:12Х18Н1 ОТ

Внутренний диаметр штуцера, d:70 мм

Толщина стенки штуцера, S₁5 мм

Длина штуцера, 1]:100 мм

Также имеется штуцер Л через который в аппарат поступает на 30 тарелку, считая снизу, бражной дистиллят из бражной колонны, проходя прежде через спиртловушку.

Днище аппарата приварена к первой царге считая снизу.

Рисунок 1.4 - Штуцер

Эпюрационная колонна имеет контактные устройства, 42 многоколпачковые тарелки.

Рисунок 1.5 - Эпюрационная колонна

Группа тарелок

Исходные данные

Несущий элемент: Обечайка цилиндрическая

Расстояние от начала элемента, 1₀:500 мм

Диаметр, D₁:680 мм

Высота тарелки, h:] 00 мм

Число тарелок, n:42

Расстояние между тарелками, 5:170 мм

Вес каждой тарелки в сборе, G_t:15 Н

Наличие жидкости: Да

Расчёт в рабочих условиях

Вес элемента, W: 630 Н. Пар, поступающий на эту тарелку через горловину под колпак, вырывается через края колпака в жидкость, текущую по кольцевому проходу между горловиной и стенкой колонны.

Таким образом пар барботирует жидкость односторонне. Поэтому хороший контакт между паром и жидкостью достигается лишь при малых размерах аппарата. Чем больше диаметр колонны и ее производительность, тем больше должно быть расстояние между стенкой колонны и краем колпака и тем хуже условия контактирования. Аппарат расположен на опоре составного типа. Крепится 8 анкерными болтами.

Рисунок 1.6 - Юбочная опора

Несущий элемент: Днище эллиптическое

Цилиндрический участок:

Материал: СтЗ

Толщина стенки, s₀:10 мм

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, С]: 2 мм

Прибавка для компенсации минусового допуска, с2: 0,8 мм

Прибавка технологическая, с₃:0 мм

Сумма прибавок к расчётной толщине стенки, с: 2,8 мм

Конический участок:

Материал: СтЗ

Диаметр нижнего основания, D₍:1,6-10³ мм

Высота, h_k:1-10³ мм

Толщина стенки, s₁:10 мм

Фундамент: Бетон:В10 (М150)

. Выбор конструкционных материалов

Специфические условия работы химической аппаратуры, характеризуемые диапазоном давлений от глубокого вакуума до избыточного давления порядка 250 МПа и выше, большим интервалом рабочих температур при агрессивном воздействии среды, предъявляют высокие требования к конструкционным материалам проектируемой аппаратуры.

Наряду с обычными требованиями высокой коррозионной стойкости в определенных агрессивных средах к конструкционным материалам, применяемых в химической промышленности одновременно предъявляются также требования высокой механической прочности, сохранения удовлетворительных пластических свойств при высоких и низких температурах , устойчивости к знакопеременных или повторных однозначных нагрузках, малой склонности к старению и др.

В расчетах на прочность часто приходится учитывать общую равномерную коррозию металлов и сплавов, для чего необходимо знать проницаемость материала. Она учитывается при выборе величины прибавки на коррозию к расчетной толщине стенки аппарата. В ряде случаев при конструировании аппаратуры необходимо учитывать и другие виды коррозионного разрушения материалов.

Аппаратуру не рекомендуется изготовлять целиком из дорогостоящих и дефицитных материалов. Технико-экономическая не целесообразность применения монолитных толстолистовых высоколегированных сталей не вызывает сомнения. Коррозии подвержена внутренняя поверхность аппарата. Для обеспечения амортизационного срока службы достаточен слой коррозиестойкого металла в несколько миллиметров. Таким образом, целесообразно изготовлять аппаратуру из двухслойного проката. Например, вместо толстолистовой стали Х18Н1 ОТ или Х17Н13М2Т, целесообразно применять двухслойную листовую сталь ВМСт.Зсп+ Х18Н10Т или 20К+ Х17Н13М2Т.

Среда в аппарате взрывоопасная, коррозионная, токсичная. Процесс протекает при давлении 0,1 МПа

Учитывая высокую интенсивность процесса, свойства среды и рабочую температуру, целесообразно использовать для изготовления аппарата (частей соприкасающихся с рабочей средой) легированные стали. Наиболее удовлетворяет требованиям процесса сталь 12XI8H10T ГОСТ 5632-72. Сталь обладает удовлетворительными прочностными свойствами, в термообработанном состоянии отличается высокой пластичностью. Сталь технологична в обработке, хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях, хорошо сваривается всеми видами сварки и не требует обязательной термической обработки изделия после сварки.

Сталь характеризуется высокой коррозионной стойкостью во многих средах. Сталь склонна к межкристаллической коррозии при нагреве в интервале температур 500-800°С