Материал: Проектирование отпарной колонны

Строим кривую равновесия по формуле:

Состав пара уходящего с питательной тарелки равен y_f=0,738 мол.дол. Рассчитываем минимальное флегмовое число:

Рисунок 3.1 - Кривая равновесия

Оптимальное (рабочее) флегмовое число определяем на основе критерия оптимальности :

N_ТТ• (R +1),

где R =β∙R_min. Зависимость критерия .оптимальности от коэффициента избытка флегмы изображена на рисунке 2.

Рисунок 3.2 - Зависимость критерия оптимальности от коэффициента избытка флегмы

По графику определяем что β_опт = 3,2. Отсюда находимо рабочее флегмовое число: R = β∙R_min =3,2 0,171 = 0,547

Исходя из рабочего флегмового числа строим рабочую линию и определяем теоретическое число тарелок в верхней и нижней части секции.

Рисунок 3.3 - Теоретические ступени

Число теоретических тарелок N_tt=6

Число теоретических тарелок в нижней части N_H=4

Число теоретических тарелок в верхней части Nb=2

Расчёт физико-химических свойств смеси в верхней и нижней частях.

Расчёт средних концентраций жидкости:

Расчёт средних концентраций пара:

Средние температуры верха и низа:

Определяются по той же формуле что и температуры на выходе из дистиллята и куба.

t_H = 388 С

t_B = 369 °С

Средние молекулярные массы пара:

Мп_н = у_н -М_нк+{1-у_н)-М_вк = 0,386 -366 + (1-0,386) -492 = 443,312 кг/кмоль Мп„ = у_н ∙ М_ш +(1-у_в)- М_вк = 0,764 ∙ 366 + (1 - 0,764) ∙ 492 = 395,791 кг/кмоль

Средние молекулярные массы жидкости:

Мж_н =х_и∙М_нк+(1-х_н)-М_вк =0,239-366+ (1-0,239)-492 = 461,839 кг/кмоль

Мж_н - х_в ∙ М_нк + (1 - х_в) ∙ М_вк = 0,617 • 366 + (1 - 0,617) ∙ 492 = 414,319 кг/кмоль

Средние плотности пара:

Средние массовые доли:

Средние плотности жидкости:

Плотность НК компонента при температур tH=388 °С равна р_т = 543.94 кг/м³ Плотность ВК компонента при температур t_H=388 °C равна р_нк = 571,54 кг/м³

Плотность НК компонента при температур tB=369 °C равна р_нк = 561,32кг/м³ Плотность ВК компонента при температур t_B=369 °C равна р_нк = 587,46 кг/м³

Средние вязкости жидкости:

Вязкость НК компонента при температур t_H=388 °С равна р_нк = 5,95 -10 ⁴ Па с Вязкость ВК компонента при температур t_H=388 °С равна ц_нк = 2.2 10 ' Па-с

Вязкость НК компонента при температур t_B=369 °С равна μ_нк = 5,9 10 ⁴ Па с Вязкость ВК компонента при температур t_B=369 °С равна μ_нк = 2,9 10" Па с

Средние коэффициенты диффузии жидкости и пара:

Для низа колонны:

Для верха колонны:

Допустимая скорость пара в рабочем сечении колонны для нижней части:

Выбираем площадь прорезей колпачка S₃ =0,0046 м² и определяем скорость пара в прорезях:

Максимальная скорость пара в прорезях колпачка:

Степень открытия прорезей колпачка:

Условие выполняется и пар проходит через все сечения прорезей и тарелка работает эффективно. 16. Коэффициент гидравлического сопротивления тарелки С, = 7,5 (табл. 6.13 [1]).

Площадь поперечного сечения колонны:

Действительные скорости жидкости меньше допустимых.

Таким образом для верха и низа секции принимаем одинаковую тарелку.

Больше подходит стандартная тарелка ТСК-Р, с характеристиками:

Диаметр тарелки: D = 4300 мм; Периметр слива: l_w = 2,88 м;

Высота сливного порога: h_{w н} = 0,0479 м; h_WH = 0,0771 м ;

Свободное сечение тарелки: S_СВ = 1,37 м¹;

Сечение перелива: S_ПЕР = 1,441 м²;

Относительная площадь для прохода паров: f_c = 13,5 %;

Межтарельчатое расстояние: Н_{МТ Н} = 0,4 м; Н_{МТ В} = 0,45 м ;

Количество колпачков: КР =23

Высота аппарата - 22,96м.

4. Расчёт на прочность основных конструкционных элементов

Обечайка цилиндрическая

Исходные данные

Материал:12Х18Н10Т

Внутр. диаметр, D:1400 мм

Толщина стенки, s:6 мм

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, С1 мм

Прибавка для компенсации минусового допуска, с₂:0,6 мм

Прибавка технологическая, с₃:0,1 мм

Сумма прибавок к расчётной толщине стенки, с:1,7 мм

Длина обечайки, L:7,1 • 10³ мм

Коэффициенты прочности сварных швов:

Продольный шов: Стыковой или тавровый с двусторонним сплошным

Тип шва проваром, автоматический

Контроль 100%Да

Окружной шов: Стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, автоматический

Расчёт в рабочих условиях

Условия нагружения:

Расчётная температура, Т:130 °С

Расчётное внутреннее избыточное давление, р:0,28 МПа

Расчётный изгибающий момент, М:1,260461 • 10⁴ Н м

Расчётное поперечное усилие, Q:1,834431 • 10³ Н

Расчётное осевое сжимающее усилие, F:2,123026-10⁴ Н

Результаты расчёта:

Допускаемые напряжения для материала 12Х18Н10Т при температуре 130 °С (рабочие условия): [б]= 157 МПа

Модуль продольной упругости для материала 12Х18Н10Т при температуре 130 °С:

Е= 1,2-10⁵МПа

Расчёт на прочность и устойчивость по ГОСТ 14249-89

Гладкая обечайка, нагруженная внутренним избыточным давлением (п. 2.З.1.).

Допускаемое давление:

,516283 МПа> 0,1 МПа

Заключение: Условие прочности выполнено

Расчётная толщина стенки с учётом прибавок:

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:

Минимальное расстояние между "одиночными" штуцерами:

Обечайка, нагруженная осевым сжимающим усилием (п. 2.3.4.). Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности:

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия местной устойчивости:

Расчётная длина для расчёта от действия осевой силы: 1_Р = 8,31-10³мм

Приведённая длина: 1_пр = 1,662-10⁴ мм

Гибкость

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия общей устойчивости:

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия устойчивости:

Допускаемое осевое сжимающее усилие:

6,40910⁵ Н> 2,04933-10⁴ Н

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

Обечайка, нагруженная изгибающим моментом (п. 2.3.5.). Обечайка, нагруженная осевым растягивающим усилием (п. 2.3.3.). Допускаемое осевое растягивающее усилие:

Допускаемый изгибающий момент из условия прочности со стороны растяжения:

Допускаемый изгибающий момент из условия прочности со стороны сжатия:

Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости:

Допускаемый изгибающий момент: 1,0218∙10⁵Нм> 1,100223∙10⁴ Нм

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

Обечайка, нагруженная поперечным усилием (п. 2.3.6.).

Допускаемое поперечное усилие из условия прочности:

[Q],, -0.25-n-D-(*-c)-[α] = 0.25 * 3,141593 * 700 * (5-2,8) * 176= 1,94564-10⁵ Н

Расчётная длина для расчёта от действия поперечной силы: 1_Q= 8,01-10³ мм

Допускаемое поперечное усилие из условия устойчивости:

Допускаемое поперечное усилие:

[Q]=[Q]п/1+[Q]п/[Q]e=1.3484*10⁵H (4.15)

,3484-10⁵ Н> 1,69265 10³ Н

Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено

Днище эллиптическое

Расчёт на прочность и устойчивость по ГОСТ 14249-89 Исходные данные

Материал: 12Х18Н10Т

Внутр. диаметр, D: 1400 мм

Толщина стенки днища, sj: 6 мм

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, Ci: 1 мм

Прибавка для компенсации минусового допуска, с₂:  0,6 мм

Прибавка технологическая, с₃: 0,1мм

Суммарная прибавка к толщине стенки, с: 1,7 мм

Высота днища, Н: 140 мм

Длина отбортовки, hi: 40 мм

Радиус кривизны в вершине днища: R=D²/4 = 700 ²/ (4∙ 250) =817 мм

Коэффициент прочности сварного шва:

Тип шва Стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, автоматический

Контроль Да 100%

Расчёт в рабочих условиях

Условия нагружения:

Расчётная температура, Т:130 °С

Расчётное внутреннее избыточное давление, р: 0,28 МПа

Результаты расчёта:

Допускаемые напряжения:

Допускаемые напряжения для материала 12Х18Н10Т при температуре 130 °С (рабочие условия): []=176Мпа

Модуль продольной упругости для материала 12Х18Н10Т при температуре 130 °С: Е= 2-Ю⁵ МПа

Днища, нагруженные внутренним избыточным давлением (п. З.З.1.). Расчётная толщина стенки с учётом прибавок:

Примем стандартное 5 мм Допускаемое давление: 0,95 МПа > 0,1 МПа

Заключение: Условие прочности выполнено

Расчёт в условиях испытаний (Условия гидр испытаний)

Условия нагружения при испытаниях:

Расчётная температура, Т:20°С

Расчётное внутреннее избыточное давление, р: 0,1825454 МПа По ГОСТ 14249-89 расчёт на прочность при испытаниях не проводится, если выполнено условие:

Допускаемые напряжения:

Допускаемые напряжения для материала 12Х18Н10Т при температуре 20 °С : [б]²⁰=n*Re²⁰/l.l= 1*276/1.1= 250,5 МПа

Модуль продольной упругости для материала 12Х18Н10Т при температуре 20 °С: Е²⁰= 2-10⁵ МПа

Днища, нагруженные внутренним избыточным давлением (п. З.З.1.). Радиус кривизны в вершине днища:

Расчётная толщина стенки с учётом прибавок:

Допускаемое давление

.

,347 МПа> 0,1825454 МПа

Заключение: Условие прочности выполнено

Расчёт днища аналогичен.

Опора колонного аппарата

Опорная обечайка. Исходные данные

Несущий элемент: Днище эллиптическое

Опорный элемент Группа патрубков

Цилиндрический участок:

Материал:Ст3

Толщина стенки, s₀:10 мм

Прибавка для компенсации коррозии 1 мм

Прибавка для компенсации минусового 0,6 мм

Прибавка технологическая, с₃:0,1 мм

Сумма прибавок к расчётной толщине 1,7 мм

Конический участок:

Материал:Ст3

Диаметр нижнего основания, Di:1,6-10³ мм

Высота, h_k:1-10³мм

Толщина стенки, S|<:10 мм

Фундамент:

Бетон:В10(М150)

Расчёт в рабочих условиях Условия нагружения:

Расчётная температура, Т:130 °С

Расчётный изгибающий момент в верхнем сечении:1,277058-10⁴ Н м

Расчётный изгибающий момент в нижнем сечении:1,522903-10⁴ Н м

Расчётное поперечное усилие в верхнем сечении:1,853795-10³ Н

Расчётное поперечное усилие в нижнем сечении:1,890685-10³ Н

Расчётное осевое сжимающее усилие, F:2,583967-10⁴ Н

Допускаемые напряжения для опорной обечайки в месте сопряжения с корпусом:

Допускаемые напряжения для материала Ст3 при температуре 130 °С (рабочие условия): [б]₀= 150 МПа

Допускаемые напряжения для корпуса аппарата:

Допускаемые напряжения для материала 12Х18Н10Т при температуре 130 °С (рабочие условия): [б]_к= 176МПа

Расчёт опорной обечайки по ГОСТ Р 51274-99

Параметры опасного сечения (п. 7)

Координата сечения (от нижней точки основания): х = 1 -10³ мм Элемент, содержащий опасное сечение: Цилиндрический участок опоры Площадь: А = 2,288476-10⁴ кв. мм

Наименьший

момент сопротивления: W = 5,735646-10⁶ куб.мм

Расстояние от оси до центра тяжести: b_s = 0 мм

Осевая нагрузка, действующая в сечении х = 1 -10³ мм:

F = 2,583967-10⁴H

Изгибающий момент, действующий в сечении х = 1 • 10³ мм:

М = 1,359006-10⁴ Нм

Устойчивость

опорной обечайки в опасном сечении: