Механический расчет основного аппарата

5. Механический расчет основного аппарата

 

Цель механического расчета ректификационной колонны является определение размеров отдельных частей и элементов колонны, которые удовлетворяли бы условиям технологической целесообразности, механической прочности и устойчивости.

5.1  Расчет толщины стенок и опоры аппарата

Обечайка – это цилиндрический корпус аппарата, который работает, как правило, под избыточным внутренним или внешним давлением.

Опоры для аппаратов в химической промышленности выбираются из расчета максимальной нагрузки, которую опора должна выдержать, во время испытания. Материал опоры выбирается в зависимости от температуры рабочей среды, емкости аппарата и т.д. Выберем сталь В Ст3 сп3 ГОСТ 380-71.

Толщина стенки обечайки рассчитывается по уравнению:

 

 (35)

где  – давление в аппарате, МПа;

 – диаметр обечайки, мм;

 – предельно допускаемое напряжение для материала изготовления, МПа;

 – коэффициент прочности сварного шва, примем равным единице;

 – прибавка.

 – прибавка на коррозию и эрозию, примем 1,0 мм;

 – прибавка на минусовое отклонение по толщине листа, примем 0,7мм;

 – технологическая прибавка, примем 0,51 мм.

Предельно допускаемое напряжение для данного материала равно  МПа.

 мм.

По расчётам, толщина обечайки равняется 2,42, но по техническим требованиям толщина стенки должна составлять минимум 10 миллиметров [4].

Для подбора опор необходимо определить массу и нагрузку аппарата.

Определение массы аппарата.

Масса корпуса:

 

 (36)

где Н – высота аппарата, м;

π – геометрическая постоянная (π =3,14);

D – диаметр колонны, м ;

s – толщина стенки, м [4];

ρ – плотность стали, кг/м² [4].

кг.

Масса крышки и днища:

 (37)

где D – диаметр колонны, м ;

s – толщина стенки, м [4];

ρ – плотность стали, кг/м³ [4].

 кг.

Масса тарелок:

 (38)

где N – действительное число тарелок;

m_m – масса одной тарелки, кг.

 кг.

Масса воды при испытании:

(39)

где π – геометрическая постоянная (π =3,14);

D – диаметр колонны, м;

s – толщина стенки, м [4];

ρ_в – плотность воды, кг/м² [2].

 кг.

Масса аппарата:

 (40)

кг

кг

кг

Переведем в МН:

 (41)

где М_ап – масса аппарата, кг;

g – ускорение свободного падения (g=9,8м/с²).

 МН

Подберем опору:

Таблица 5.1 - Основные размеры цилиндрических опор для колонных аппаратов [4]

Q, MH	Д, мм	D1, мм	D2, мм	Dб, мм	S1, мм	S2, мм	S3, мм	d2, мм	dб, мм	Число болтов, Zб
0,4	1200	100	200	500	150	240	140	50	45	32

 

5.2 Расчёт и подбор патрубков для подвода и отвода потоков, подбор фланцевых соединений

Присоединение трубной арматуры к аппарату, а также технологических трубопроводов для подвода и отвода различных жидких и газообразных продуктов производиться с помощью штуцеров или вводных труб. По условиям работоспособности чаще всего применяются разъемные соединения (фланцевые штуцера).

В химических аппаратах для разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения, преимущественно круглой формы. На фланцах присоединяются к аппаратам трубы, арматура и т.д.

Диаметр условного прохода (внутренний диаметр) штуцеров для подвода и отвода продуктов рассчитывается на основе уравнения массового расхода и округляется до ближайшего стандартного значения

Расчет диаметра патрубков для отвода и подвода проводится по уравнению:

 (42)

где G – определенный расход, кг/с;

π – геометрическая постоянная (π =3,14);

ω – скорость движения маловязкой жидкости под давлением, м/с;

ρ – плотность потока, при определенных условиях, определяется по формуле (17), кг/м³ .

 

Вход исходной смеси:

=0,0051кг/кг Т_f=95,4˚C

w=2м/с

 

Выход кубового остатка :

0,00038кг/кг Т_w=109,6˚C

w=0,1м/с

 

Вход флегмы:

0,012кг/кг Т_p=81˚C

w=20м/с

 (43)

 (44)

где R – оптимальное флегмовое число;

P – массовый расход продукта, кг/с.

 

 

Выход пара:

Т_р=81˚C

w=30м/с

 (45)

Плотность пара определяется по формуле (13):

Выход жидкости из куба:

Т_w=109,6˚C

w=1м/с

 (46)

 

Вход пара:

Т_w=109,6˚C

w=25м/с

 (47)

Таблица 5.2-Размеры фланцевых штуцеров с внутреннем базовым давлением ОСТ 26-426-79 [4].

Назначение	Dy,мм	Df,мм	Db,мм	D,мм	dн,мм	h,мм	dб,мм	z	s,мм
Выход пара	150	315	280	174	160	18	16	8	3,5
Вход флегмы	32	140	110	38	48	12	14	4	3
Вход пара	200	370	355	225	210	20	16	8	3,5
Выход жидкости из куба	80	205	170	97	85	14	16	4	3,5
Выход кубового остатка	125	260	225	148	135	14	16	4	3,5
Вход исходной смеси	32	140	110	38	48	12	14	4	3
Для манометра	25	100	75	60	33	8	12	4	3
Для указателя уровня	20	90	65	50	26	8	12	4	3
Для установки уровнемера	25	100	75	60	33	8	12	4	3
Для термометра ртутного	25	100	75	60	33	8	12	4	3

5.3 Подбор крышек, днищ для колонных аппаратов

Днища являются одним из основных элементов химических аппаратов. Цилиндрические цельносварные корпуса как горизонтальных, так и вертикальных аппаратов, ограничиваются днищами. Наиболее распространенной формой днищ в сварных химических аппаратах является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр.

Таблица 4.3. Размеры эллиптических отбортованных стальных днищ с внутренними базовыми диаметрами ГОСТ 6533-78, мм [4].

Dвн	S,мм	h, мм	hв, мм	Fв, м2	Vв, м3
1000	4	50	250	1,24	0,17

Заключение

В процессе проделанной работы была рассчитана ректификационная установка для разделения смеси бензол-толуол.

Были получены следующие данные:

диаметр колонны -1000 мм;

высота колонны – 11,1 м;

толщина цилиндрической обечайки, эллептического днища и крышки 10 мм.

В качестве перераспределителя жидкости принята тарелка ТСК-I.

Рассчитаны материальный и тепловой баланс установки, построены - графики и таблицы.

Список литературы

1 Гусев В.П. Процессы и аппараты химической технологии. Расчет теплообменных аппаратов / Методические указания к курсовому проектирования для студентов Томского химико-технологического колледжа. – Т.: ТХТК. 1994.- 70 с.

2 Гусев В.П., Гусева Ж.А.. Процессы и аппараты химической технологии. Физико-химические и термодинамические свойства веществ / Методическое пособие к выполнению курсового проекта по процессам и аппаратам химической технологии, в 2-х частях / Часть 2. – Т.: ТХТК, 1994. - 69 с.

3 Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию. — М. : Химия, 1983. — 272 с.

4 Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. – Л.: Машгиз, 1970. – 753 с.

5 Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1991.- 352 с.

6  Справочник химика. ТомIII: Химическое равновесие и кинетика. Свойства растворов. Электродные процессы. М.: Химия, 1964, 1093с.

7   Брисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. М.: Химия, 1991. 496с.