Колонный аппарат с ситчатыми тарелками
Расчет геометрических размеров колонны: диаметр и высота колонны, диаметр штуцеров. Выбор материала колонны и расчет допускаемых напряжений. Наружное давление. Толщина стенки обечайки в рабочих условиях. Масса колонны заполненной водой при гидроиспытании.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.10.2011 |
| Размер файла | 83,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Колонный аппарат с ситчатыми тарелками
1. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ КОЛОННЫ
1.1 Диаметр колонны
F=Q/(3600*wопт)=80000/(3600*2)=11 м2;
где Q = 80000 м3 /ч - производительность по паровой фазе; w = 1,0-5,0 м/с - скорость паровой фазы в колонне.
=3,7 м
Принимаем диаметр колонны D =3600 мм.
1.2 Диаметры штуцеров
Диаметр люка принимаем = 800 мм
Принимаем - скорость газа в штуцере 15-25 м/с [1 с. 16];
- скорость жидкости в штуцере 1-3 м/с
Объемный расход жидкости:
V = 0,785D2n = 0,785*3,62 *0,0014= 0,01424 м3/с
Штуцер для входа и выхода жидкости:
м
Принимаем диаметр штуцеров 100 мм
Штуцер для входа и выхода газа:
м
Принимаем диаметр штуцера 1000 мм.
1.3 Высота колонны
Общая высота колонны складывается из высоты рабочей части, сепаратора, кубовой части, высот днищ и высоты опоры.
Н = Нр + Нс + Нк + 2НД + Ноп
где Нр = (n-l)h- высота рабочей части;
h = 0,8 м - расстояние между тарелками [1 с.436];
n = 50 - число тарелок;
Нс = 1,5 м - (1-1,5) высота сепарационного пространства;
Нк = 2,5 м - (2,5-3,0) высота кубового пространства;
Нд = 0,9 м - высота днища;
Ноп - 2,0 м - (2-3) высота опоры.
Н = (50-1)0,8 + 1,5+ 2,5 +2-0,90+ 2,0 = 47 м
2. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КОЛОННЫ
2.1 Выбор материала колонны и расчет допускаемых напряжений
Основной конструкционный материал колонны - сталь 08Х18Н10Т ГОСТ 5632-80, для которой при температуре 250 °С: в = 495 МПа; т = 210 МПа; Е = 2,05*105 МПа
Допускаемые напряжения
= min(B/nB; T/nT)
где nв = 2,3; пт= 1,1 - коэффициенты запаса прочности [3 с. 16]
в/nв =495/2,3 = 213 МПа т/nт= 210/1,5 = 191 МПа принимаем = 191МПа C=0.001 м поправка на коррозию
С = ПТа=0,0001*10 = 0,001 м где П = 0,001 мм/год - скорость коррозии Та = 10 - срок службы аппарата;
2.2 Наружное давление
Р = 0,1 МПа;
Давление гидравлических испытаний
Рги =0,2МПа+Нс*р=0,2+0,450=0,650 МПа.
2.3 Проверяем прочностное условие
2.4 Толщина стенки обечайки в рабочих условиях
где ф = 1,00 - коэффициент прочности сварного шва [3 с. 17]
C1 - поправка на округление
=0.0159 мм
Проверяем прочностное условие:
2.5 Допускаемые напряжения
= 6,49·10-6·2,05·105·3,60 [100(0,016-0,001)/3,6] 2[(100(0,016-0,001)/3,6] 0,5/0,8 = 0,68 МПа
Условия Рдоп > Рги выполняется, так как 0,68 >0,65
2.6 Толщина стенки в условиях гидроиспытаний
S = 0,65*3600/(2·1,0·191-0,65) + 0,001 = 16 мм
2.5 Толщина стенки днища
Принимаем по ГОСТ 6533-78 днище эллиптическое отбортованное.
Параметры:
Д=3600 мм
Sд=16мм [2с442]:
Hд=900 мм
hц =60мм- высота борта днища
Fд =14,73 м2
Vд=6,690 м3 - емкость днища
Толщина стенки днища в рабочих условиях
S=11мм Принимаю S=16мм
Толщина стенки в условиях гидроиспытаний:
S = 0,65*3600/(2·1,0·191-0,65) + 0,001 = 16 мм
Допускаемые напряжения
Рдоп=2*1,0*191*0,015/(3,6-0,5*0,015)=1,59 МПа
Рдоп > Рги выполняется
3. РАССЧЕТ МАССЫ КОЛОННЫ
3.1 Масса обечайки
mo6=0,785(DH2-DBH2)Ho6p
где DH= 3,632 м - наружный диаметр колонны; DBH= 3,60 м - внутренний диаметр колонны;
Ноб = Н - 2hB = 47 - 2*0,80 = 45,4 м - высота цилиндрической части колонны, р = 7800 кг/м - плотность стали
mo6= 0,785(3,6322-3,62)45,4*7800 =64332,2 кг
3.2 Масса тарелок
Приму ситчастую тарелку типа ТС-2Р
mT = mn = 295*50 =14750 кг m = 295 кг - масса одной тарелки
3.3 Общая масса колонны
Принимаем, что масса вспомогательных устройств (штуцеров, измерительных приборов, люков и т.д.) составляет 10% от основной массы колонны, тогда
mк = mоб + mТ + 2mд = 1,1(14750+64332.2+2*2148) = 91716.02 кг = 0.92 МН
3.4 Масса колонны заполненной водой при гидроиспытании
Высота цилиндрической части обечайки
Нц.об= Нр + Не + Нк = 39.2 + 1.5 + 2.5 = 43.2 м
Масса воды при гидроиспытаний
mB = 1000(0,785D2Huo6 + 2VД) = 1000(0,785*3.62*43.2 + 2*6.69) = 452879.52 кг
3.5 Максимальный вес колонны
Mmax= mK + mB=91716.02+452879.52=544595.54кг =5.45 MH
4. РАСЧЕТ КОЛОННЫ НА ВЕТРОВУЮ НАГРУЗКУ
4.1 Расчетная схема
Отношение H/D = 47/3.6 = 12.8 < 15, следовательно, расчетная схема принимается в виде упругозащемленного стержня. Условно разбиваем по высоте аппарат на 5 участков по 9.4 метров, вес участка принимается сосредоточенным в середине участка; ветровая нагрузка, равномерно распределенная по высоте аппарата, заменяется сосредоточенными силами, приложенными в середине участка:
4.2 Период собственных колебаний для максимального и минимального веса колонны
При H/D < 15
где Н = 47 м - высота колонны;
G - максимальный или минимальный вес колонны;
J - момент инерции верхнего поперечного сечения корпуса аппарата относительно центральной оси;
Е - модуль упругости;
f - угол поворота опорного сечения.
J = 3.14Dcp3(S-C)/8= 3.14*3.6153*0.015/8=0.278 м4,
где Dcp - средний диаметр корпуса
Dcp= D + (S-C) = 3.6 + (0,016-0,001) = 3.615 м
Фо = 1/СфIф = 1/50*7.1409=0.002
где Сф= 50 МН/м - коэффициент неравномерности сжатия грунта;
Iф- момент инерции подошвы фундамента относительно центральной оси
1Ф= 1,3JK= 1,3*5,493=7,1409 = м4
где JK - момент инерции фундаментного кольца
JK = 5,493 m4
4.3 Расчетный скоростной напор по участкам
Нормативный скоростной напор для IV географического пояса q = 0,085-10"2 МН/м2 [2с.686]
Поправочный коэффициент к нормативному скоростному напору для участков аппарата высотой Н > 10 м 0 = 1,55 [2 с. 686]. Расчетный скоростной напор по участкам
q1=q2=q3=q4=0*q=1.55*0.085*0.01=0.132*10-2 МН/м2
q5= 0,085-10'2 МН/м2
4.4 Коэффициент динамичности определяем по графику [2с.687]
для Т = 6,88 с- е = 3,0
для Т= 2,83 с- е = 2,1
4.5 Коэффициент пульсации скоростного напора определяем по графику [2с687]
для участка 1- m1 = 0,33
для участка 2 - m2 = 0,34
для участка 3 - m з = 0,35
для участка 4 - m 4 = 0,35
для участка 5 - m 5 = 0,35
4.6 Коэффициент увеличения скоростного напора
= 1 + em
при максимальной массе аппарата
1 = 1 + 3,0*0,33 = 1,990
2= 1+3,0*0,34 = 2,020
з= 1+3,0*0,35 = 2,050
4= 1+3,0*0,35 = 2,050
5= 1+3,0*0,35 = 2,050
при минимальной массе аппарата
1 = 1+2,1*0,33 = 1,693
2= 1+2,1*0,34 = 1,714
3= 1+2,1*0,35 = 1,735
4= 1+2,1*0,35 = 1,735
5= 1+2,1*0,35 = 1,735
4.7 Сила от ветровой нагрузки, действующей на каждый участок аппарата
|
Pi = 0,6piqiDihi |
|||
|
при максимальной силе тяжести аппарата |
|||
|
P1 = |
= 0,6*1,990*0,132*10-2*3,6*9,4 = |
= 0,0533 МН |
|
|
Р2= |
= 0,6*2,020*0,132*10-2*3,6*9,4 = |
= 0,0541 МН |
|
|
Рз= |
= 0,6*2,050*0,132*10-2*3,6*9,4= |
= 0,05494 МН |
|
|
Р4= |
= 0,6*2,050*0,132*10-2*3,6*9,4= |
= 0,05494 МН |
|
|
Р5 = |
= 0,6*2,050*0,085*10-2*3,6*9,4 = |
= 0,03564 МН |
|
|
при минимальной силе тяжести аппарата |
|||
|
P1 = |
= 0,6*1,693*0,132*10-2*3,6*9,4= |
= 0,0454 МН |
|
|
Р2 = |
= 0,6*1,714*0,132*10-2*3,6*9,4= |
= 0,0460 МН |
|
|
Рз= |
= 0,6*1,735*0,132*10-2*3,6*9,4= |
= 0,0465МН |
|
|
Р4 = |
= 0,6*l,735*0,132*10-2*3,6*9,4= |
= 0,0465МН |
|
|
Р5 = |
= 0,6*1,735*0,085*10-2*3,6*9,4= |
= 0,0300 МН |
4.8 Изгибающий момент от ветровой нагрузки на аппарат относительно основания при максимальной силе тяжести аппарата
Мв1 = 0,0533*42,3 = 2,254 МН
Мв2 = 0,0541*32,9 = 0,1,7799 МН
Мв3= 0,05494*23,5=1,2911МН
Мв4= 0,05494*14,1=0,7746МН
Мв5 =0,0354*4,7=0,16638 МН
МВ= 6,266 МН
при минимальной силе тяжести аппарата
Мв1 = 0,0454*42,3=1,9200МН
Мв2= 0,0460*32,9=1,5134МН
Мв3 = 0,0465*23,5=1,09275МН
Мв4= 0,0465*14,1=0,65565МН
Мв5=0,0300*4,7=0,141000 МН
МВ= 5,323 МН
колонна штуцер обечайка напряжение
5. РАСЧЕТ ОПОРЫ АППАРАТА
Аппараты вертикального типа с соотношением H/D > 5, размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми юбочными цилиндрическими опорами, конструкция которых приводится на рисунке.
5.1 Толщина стенки опоры
Принимаем толщину цилиндрической стенки опоры равной толщине стенки колонныS=16 мм
5.2 Размеры опорного кольца
Внутренний диаметр кольца
D2 = D - 0,06 = 3,60 - 0,06 = 3,54м
Наружный диаметр кольца
D1 = D + 2S + 0,2 = 3,6 + 2-0,016+ 0,2 = 3,832 м
Опорная площадь кольца
F = 0,785(D12 - D22) = 0,785(3,8322 - 3,542) = 1,69 м2
Момент сопротивления опорной площади кольца
W = 3,14*(D14-D24)/(32D1 )= 3,14*(3,8324- 3,544)/(32*3,832) = 1,500 м4
5.3 Напряжение сжатия в стенке опоры с учетом отверстия для лаза
Принимаем диаметр отверстия для лаза d = 0,5 м, тогда
=Gmax/[(3,14*(D+S)-d)(S-C)] = 5.450/[[3.14(3.6+0,016) - 0,5](0,016-0,001) ]= 33.47 МН/м2
5.4 Напряжение на изгиб в стенке опоры
H = M/[3.14*(D+S)2(S-C)] = 6.266/[3,14(3,6+0,016)2(0,016-0,001)] = 2,43 МН/м2
Отношение D/(2(S - С)) = 3,6/2(0,016- 0,001) = 120 по этой величине по графику [2с.418] находим коэффициенты: ки = 0,120; кс = 0,10
Кс = 875Кн/Е = 875*375*0,1/2,05*105 = 0,168
Ки = 875тки/Е = 875*375*0,1202,05*105 = 0,202
5.5 Допускаемые напряжения на сжатие и изгиб в обечайке опоры
с = KCE(S-C)/D = 0,168*2,05105(0,016- 0,001)/3,6 = 143,5 МПа
и = KHE(S-C)/D = 0,202*2,05*105(0,016- 0,001)/3,6 = 175,5 МПа
5.6 Устойчивость цилиндрической опоры
17,42/143,5 + 5,32/172,5 = 0,15238 < 1
устойчивость обеспечена
5.7 Максимальное напряжение на сжатие в сварном шве
Сварной шов соединяющий цилиндрическую опору с корпусом аппарата, при коэффициенте сварного шва фш= 1,0
max=5,45/[0.7*3.14*(3.6+0.016)*(0.016-0.001)]+4*6.266/[0.7*3.14*3.616*3.616*0.015]= 59.6319 МПа<сл
5.8 Максимальное напряжение сжатия на опорной поверхности кольца
max = 5,45/1,69+6,266/1,5=4,4915 МПа < 10 МПа
5.9 Номинальная расчетная толщина опорного кольца при 1 = 0,1 м
= 0,024 м
с учетом прибавки на коррозию принимаем округляя размер s = 0,030 м
5.10 Общая условная расчетная нагрузка на фундаментные болты
Рб = 0,785(D!2 - D22)c = 0,785(3,8322 - 3,542)1,668 = 2,819 МН
=0,92/1,69+1,686/1,5=1,668МПа
Принимаем количество фундаментных болтов z = 4
Расчетный внутренний диаметр резьбы фундаментных болтов принимаем болты М30, у которых
5.11 Диаметр болтовой окружности
D6 = D + 2S + 0,12 = 3,6 + 2*0,016+ 0,12 = 3,752 м
6. РАСЧЕТ НА МАЛОЦИКЛОВЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
N/[N] = 80(14+10+80+4)/2574 = 3,35664
Условие N/[N] < 1 не выполняется. Следовательно, для обеспечения нормальной работы колонны в течении всего нормативного срока службы - 10 лет, необходимо регулярно проводить профилактические ремонты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского, М.: Химия, 1991. - 496 с.
2.Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. М.: Машгиз, 1963. - 468 с.
3.Миронов В.П., Фрякин Н.В. Расчет сосудов. Учебное пособие. Иваново. ИХТИ, 1981.-94 с.
4. А.С.Тимонин. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Т. 1. -- Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002. -- 852 с.
5. А.С.Тимонин. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Т. 2 --Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002.-- 1028 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Непрерывно действующие ректификационные установки для разделения бинарных смесей. Определение средних физических величин пара и жидкости. Высота газожидкостного слоя. Скорость пара в свободном сечении тарелки. Расчет гидравлического сопротивления колонны.
курсовая работа [243,7 K], добавлен 24.10.2011Описание технологической схемы, эксплуатация и конструкция аппарата ректификационной колонны. Материальный и тепловой баланс установки. Определение высоты и массы аппарата, подбор тарелок и опоры. Гидравлическое сопротивление насадки и диаметр штуцеров.
курсовая работа [845,3 K], добавлен 30.10.2011Определение конструктивных размеров элементов колонны и тарелки, количества паровых патрубков, размеров колпачка, толщины обечайки, днища и крышки, диаметров штуцеров, стенки цилиндрической опоры. Расчет тепловой изоляции и холодильника дистиллята.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 18.10.2014- Расчет ректификационной колонны для разделения смеси хлороформ-бензол производительностью 13200 кг/ч
Общее описание процесса ректификации. Разработка ректификационной колонны для разделения смеси хлороформ-бензол. Технологический, гидравлический и тепловой расчет аппарата. Определение числа тарелок и высоты колонны, скорости пара и диаметра колонны.
курсовая работа [677,8 K], добавлен 30.10.2011 Проектирование тарельчатой колонны ректификации для разделения смеси уксусной кислоты. Схема ректификационных аппаратов и варианты установки дефлегматоров. Виды тарелок, схема работы колпачковой тарелки. Расчет материального баланса и диаметра колонны.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 15.06.2011Разработка технологической схемы непрерывной ректификации для выделения метилового спирта из его смеси с водой. Проектирование тарельчатой ректификационной колонны. Подбор подогревательной исходной смеси по каталогу. Выбор тарелки, энтальпий, штуцеров.
курсовая работа [4,7 M], добавлен 24.10.2011Ректификация – частичное или полное разделение гомогенных жидких смесей на компоненты. Материальный баланс колонны и пересчет массовых долей. Расчет рабочего флегмового числа и физико-химических параметров процесса колонны. Определение диаметра колонны.
курсовая работа [160,1 K], добавлен 15.05.2009Ректификация — массообменный процесс разделения однородной смеси летучих компонентов. Свойства бинарной смеси. Расчет ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси. Основная характеристика материального и теплового баланса.
курсовая работа [723,0 K], добавлен 02.05.2011Схема ректификационной установки. Определение массовых и объемных расходов пара и жидкости вверху и внизу тарельчатой колонны. Гидравлическое сопротивление тарелок. Расчет теплообменных аппаратов: диаметра, изоляционного слоя и стенки корпуса колонны.
курсовая работа [986,3 K], добавлен 04.06.2015Описание технологической схемы процесса и вспомогательных материалов. Материальный баланс при переработке предельных газов. Расчет основного аппарата - колонны стабилизации. Расчет температура ввода сырья. Определение внутренних материальных потоков.
курсовая работа [66,2 K], добавлен 04.02.2016
