Материал: Ректификация курсовая

Для всасывающей линии:

Сумма коэффициентов местных сопротивлений по всасывающей линии [2, стр. 504, табл XIII]:

Потерянный напор во всасывающей линии:

Для нагнетательной линии:

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, h_д = 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: Р_ац = 184,9 мм. рт. ст., Р_вод = 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:

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:

,

, .

, где момент инерции опорного кольца относительно центральной оси , – коэффициент неравномерного сжатия грунта;

.

Так как аппарат постоянного сечения и отношение высоты аппарата к его расчетному диаметру меньше, чем 15, то:

По графику из находим что коэффициент динамичности ε = 3,5. 

Коэффициент пульсации скоростного напора определяем по графику m = 0,35.

Коэффициент увеличения скоростного напора определим по формуле:

Разобьем аппарат на 2 частей по 5,9 м. высотой. Силу от ветровой нагрузки определяем по формуле:

Изгибающий момент от ветровой нагрузки на аппарат относительно основания определяем по формуле:

Общий изгибающий момент от ветровой нагрузки определяем по формуле:

10.3 Расчет опоры аппарата

Рассчитаем опорную площадь по формуле:

Момент сопротивления площади опорного кольца:

Максимальное напряжение сжатия на опорной поверхности опорного кольца определяется по формуле:

Условие устойчивости цилиндрической опоры: . 6,72 < 14.

Номинальная расчетная толщина опорного кольца sK определяется приближенно из условия прочности его на изгиб от реакции опоры по формуле: , где l - расстояние от выступающей части кольца до наружного или внутреннего диаметра цилиндрической (или конической) опоры, – допускаемое напряжение на изгиб для материала кольца.

С учетом прибавки на коррозию принимаем 40 мм.

Произведем расчет устойчивости аппарата против опрокидывания от ветровой нагрузки. Наименьшие напряжения на опорной поверхности кольца при максимальной силе тяжести аппарата:

Т.к. , то рассчитаем коэффициент устойчивости аппарата по формуле:

, т.к. К > 1,5, то аппарат считается устойчивым, и фундаментные болты ставить не обязательно.

Общую условную расчетную нагрузку на фундаментальные болты определяем по формуле:

Принимаем количество фундаментальных болтов z = 24.

Нагрузку на один болт находим по формуле:.

Расчетный внутренний диаметр резьбы болтов определяем по формуле: . Материал фундаментных болтов — сталь с σ = 230 , С_к — прибавка на коррозию, обычно принимается 2 мм.

Принимаем болты М30 (d₁ = 25,454 мм). Диаметр болтовой окружности D_б принимается:.

Список литературы

Электронные ресурсы: