Проектирование ректификационной установки

опоры,концовка.docx

7. ВЫБОР И РАСЧЕТ ОПОР.
Гидроиспытания проводятся при условии отсутствия насадки в колоне. Вес колонны в условиях гидроиспытаний
Вес колонны в условиях монтажа
Рисунок 6 – Нагрузки действующие на аппарат
Нагрузка на одну опору определяется по формуле:
где для опоры без накладного листа;
b fmax – по таблице 14.1 [4]
z – число опор принимаем z = 4;
– коэффициенты зависящие от числа опор при z = 4 .
Ориентировочно принимаем опору 1-6300 ОСТ 26-665-79 с максимальной нагрузкой Q = 63 кН тогда b = 230 мм fmax = 60 мм и и накладными листами 1-6300-10 ОСТ 26-665-79 с максимальной нагрузкой Q = 63 кН тогда H=490 ммB=300мм
Проверим прочность стенки вертикального цилиндрического аппарата под опорой-лапой без накладного листа
Осевое напряжение от внутреннего давления р и изгибающего момента определяется по формуле:
Окружное напряжение от внутреннего давления:
Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок определяется на соотношения:
Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры
определяется по формуле:
где К3= 01 принимается по рисунку 14.8 [4]
Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры определяется по формуле:
где К4 = 01 принимается по рисунку 14.9 [7]
Условие прочности имеет вид:
где А = 1– для эксплуатационных условий.
Условие прочности выполняется.
Толщину накладного листа определяем по формуле:
где К5 = 02 принимается по рисунку 14.10 [4]
А = 1– для эксплуатационных условий
Окончательно принимаем: Опора 1-6300 ОСТ 26-665-79 со следующими параметрами мм:
а = 185; а1 = 230; b = 230; с = 60; с1 = 130; h = 360; h1 = 24; s1= 12; К = 35; К1 = 70; d = 35;
dБ = М30; fma Н=490; с=24; . Конструкция наклодного листа приведена на рисунке 7
Рисунок 7 – Конструкция стандартной опоры-лапы
Рисунок 8 – Конструкция стандартного накладного листа
В процессе выполнения проекта разработана конструкция насадочной колонны для разделения смеси ацетон - вода и проведены расчеты подтверждающие работоспособность аппарата: технологический и прочностной.
В ходе технологического расчета ректификационной установки были определены следующие параметры:
– диаметр колонны Д = 12 м;
– высота насадочной колонны H = 3545 м;
– число секций насадок n = 7;
– массовый расход дистиллята GВ = 19кгс;
– массовый расход кубового остатка GН = 11 кгс;
– флегмовое число R = 25.
Разделение бинарной смеси осуществляется в насадочной ректификационной колонне непрерывного действия под давлением. При расчете были использованы данные по изобарному равновесию пар – жидкость для системы ацетон – вода при нормальном давлении.
Приведенный расчет выполнен без учета влияния на основные размеры ректификационной колонны ряда явлений (таких как неравномерность распределения жидкости при орошении обратное перемешивание тепловые эффекты и др.) что иногда может внести в расчет существенные ошибки.
В процессе выполнения прочностного расчета проведены расчеты обечайки и днища на прочность и устойчивость расчет укреплений отверстий а также были выбраны стандартные фланцы и опора и произведен их расчет на прочность.
При расчете получили что условия прочности выполняются.
Таким образом разработанная конструкция насадочной колонны для разделения смеси ацетон - вода является оптимальной и проведенные расчеты обеспечивают надежность работы аппарата.
Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированиюПод ред. Дытнерского. М.: Химия 1983.
Павлов К. Ф. Романков П. Г. Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов.Л.: Химия1987.
Каталог. Колонные аппараты. Изд. 2-еЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ М.1978.
Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 7-е ГОСХИМИЗДАТ М. 1960.
Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи. Учебное пособие для студентов втузовПод общей ред. В. П. Соколова Л.: Машиностроение Ленингр. отд-ние 1982.
Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов и агрессивные среды химических производств. Справочник. М.: Химия 1967.
Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник. Машиностроение 1981.
Лащинский А.А. Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Л.: Машиностроение 1970.
ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
ГОСТ 24755-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий.
В.М. Рамм. Абсорбция газов: Учебник для вузов.

Ректификация моя.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Машины и аппараты химических и пищевых производств»
Насадочная ректификационная колонна для разделения смеси ацетон – вода.
Проект защищен с оценкой
Данный проект посвящен разработке конструкции насадочной колонны для разделения смеси ацетон - вода.
Проект состоит из пояснительной записки и графической части.
В пояснительной записке приводится описание машинно-аппаратурной схемы ректификационной установки описание конструкции и принципа работы насадочной колонны выбор конструкционных материалов и проведены расчеты подтверждающие работоспособность аппарата: технологический и прочностной а также выводы по проекту.
В графической части разработаны чертеж общего вида насадочной колонны сборочный чертеж опоры и рабочие чертежи деталей.
Пояснительная записка выполнена на 30 страницах компьютерного текста содержит 2 таблицы и 5 рисунков. Графическая часть выполнена на трех листах формата А1.
Описание технологической схемы.5
Обоснование выбора и описание конструкции аппарата.6
Технологические расчеты.
Прочностной расчет основных элементов аппарата. 22
Расчет укрепления отверстия.
Выбор основных параметров и расчет болтов фланцевого
Выбор и расчет опор.28
Перегонка и ректификация — наиболее распространенные методы разделения жидких однородных смесей состоящих из двух или нескольких летучих компонентов.
Процессы перегонки и ректификации широко применяют в химической и пищевой промышленности при получении технического и пищевого этилового спирта в производстве ароматических веществ и др. Перегонку используют для грубого разделения смесей. Для наиболее полного их разделения применяют ректификацию.
Ректификация представляет собой разделение смеси на составляющие ее компоненты в результате многократного частичного испарения жидкости и конденсации паров. Проводят ректификацию в колонных аппаратах снабженных контактными устройствами (тарелками различной конструкции) либо заполненных насадкой изготовленной из различных материалов (керамика металл дерево).
Процессы перегонки и ректификации основаны на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре. Компонент смеси обладающий большей летучестью называется легколетучим а компонент обладающий меньшей летучестью труднолетучим. Соответственно легколетучий компонент кипит при более низкой температуре чем труднолетучий. Поэтому их называют также низкокипящим и высококипящим компонентами.
В результате перегонки или ректификации исходная смесь разделяется на дистиллят обогащенный легколетучим компонентом и кубовый остаток обогащенный труднолетучим компонентом. Дистиллят получают в результате конденсации паров в конденсаторе-дефлегматоре. Кубовый остаток получают в кубе установки.
Задачей данного проекта является создания оптимальной конструкции аппаратаи проведение расчетов обеспечивающих работоспособность данного аппарата.
ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
Принципиальная схема ректификационной установки представлена на рис. Исходная смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подается в теплообменник 3 где подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания где состав жидкости равен составу исходной смеси хр.
Стекая вниз по колонне жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4. Начальный состав пара примерно равен составу кубового остатка хW т. е. обеднен легколетучим компонентом. В результате массообмена с жидкостью пар обогащается легколетучим компонентом. Для более полного обогащения верхнюю часть колонны орошают в соответствии с заданным флегмовым числом жидкостью (флегмой) состава хP которая получается в дефлегматоре 6 путем конденсации пара выходящего из колонны. Часть конденсата выводится из дефлегматора в виде готового продукта разделения—дистиллята который охлаждается в теплообменнике 7 и направляется в промежуточную емкость 8.
Из кубовой части колонны насосом 9 непрерывно выводится кубовая жидкость — продукт обогащенный труднолетучим компонентом который охлаждается в теплообменнике 10 и направляется в емкость 11.
Таким образом в ректификационной колонне осуществляется непрерывный неравновесный процесс разделения исходной бинарной смеси на дистиллят с высоким содержанием легколетучего компонента и кубовой остаток обогащенный труднолетучим компонентом.
Рис.1. Принципиальная схема ректификационной установки:
— емкость для исходной смеси; 29— насосы; 3 — теплообменник-подогреватель; 4 - кипятильник; 5 — ректификационная колонна; 6 — дефлегматор; 7 — холодильник дистиллята; 8 — емкость для сбора дистиллята; 10 — холодильник кубовой жидкости; 11 — емкость для кубовой жидкости.
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА И ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ АППАРАТА
1. Выбор типа аппарата.
Насадочные колонны в которых гидравлическое сопротивление значительно меньше чем в тарельчатых колоннах находят применение главным образом при ректификации под вакуумом жидкостей с высокими температурами кипения и в тех случаях когда для перегонки данной смеси в тарельчатой колонне потребовалось бы большое число тарелок.
Схема устройства насадочной ректификационной колонны непрерывного действия представлена на рисунке 2. Колонна состоит из двух частей: верхней—укрепляющей и нижней — исчерпывающей. Внутри каждой части колонны находится решетка на которую укладывается насадка. Сверху укрепляющей части колонны установлены приспособления для
кипятильника поступают под решетку исчерпывающей части колонны и проходят по ней снизу вверх; жидкость наоборот протекает сверху вниз. В результате контакта паров с жидкостью происходит постепенное обогащение пара легколетучим компонентом а жидкости—менее летучим компонентом.
Рисунок 2. Насадочная колонна
Пройдя колонну пары направляются как обычно в дефлегматор (на рисунке не показан) а жидкость из низа исчерпывающей части колонны частично отбирается в виде кубового остатка содержащего относительно чистый менее летучий компонент а частично идет в кипятильник. Насадку загружают в колонну через верх а для выгрузки ее в обеих частях колонны устроены специальные люки.
2. Выбор конструкционных материалов.
Для корпуса аппарата выбираем по рекомендациям [6] листовую сталь марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 10885-75 для которой технические требования по ГОСТ 10885-75; рабочие условия: tR = -30 т- 200°С; р МПа - не ограничено. Виды испытаний и требования по ГОСТ 10885-75 (испытания проводятся на заводе-поставщике металла по требованию заказчика).
При выборе материала было учтено следующее:
-коррозионные свойства среды. При заданных рабочих параметрах скорость
коррозии составляет менее 01 ммгод.
-технологические свойства используемого материала: свариваемость пластичность
-влияние конструкционного материала на качество исходной смеси и продуктов разделения
-технико-экономические соображения: нержавеющая сталь широко применяется в
химическом машиностроении и других отраслях промышленности
Сварка автоматическая.
Тип электрода по ГОСТ 10052-75 - Э-04Х20Н9.
Опоры цилиндрические. Материал деталей опор должен выбираться из условий эксплуатации и в соответствии с техническими требованиями ОСТ 26-291-94. Предел текучести материала должен быть не менее 210 МПа при t = 20°С. Назначаем материал опор сталь 09Г2С-3 по ГОСТ 5520-79 технические требования по ГОСТ 5520-79.
Материал фланцев - сталь 12Х18Н10Т. Сварочные материалы по ГОСТ 10052-75 - Э-04Х20Н9.
Назначаем материал крепежных деталей: не контактирующих с агрессивной средой -сталь 35 по ГОСТ 1050-74; для деталей контактирующих с агрессивной средой - сталь 08X13 по ГОСТ 5632-72.
По рекомендациям [7] назначаем материал прокладок - резина по ГОСТ 481-71. Внутренние элементы аппарата выполняются из стали 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ.
наименование разделяемых компонентов ацетон - вода;
производительность по питанию ;
концентрации низкокипящего компонента (% мольн.):
в кубовой жидкости ;
температура охлаждающей воды на дефлегматор ;
давление греющего пара (абс.). ..;
исходная смесь перед подачей в колонну нагревается до температуры кипения;
колонна обогревается глухим паром;
кипятильник и дефлегматор вынесены из колонны.
Расчет ведется согласно [1].
1 Материальный баланс колонны и определение рабочего флегмового числа
Производительность колонны по дистилляту P и кубовому остатку W определяем из уравнения материального баланса колонны:
гдеP – расход дистиллята кгс;
W – расход кубового остатка кгс;
P = F – W = 24 – 16 = 08 кгс
Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются значением рабочего флегмового числа R. Ввиду отсутствия надёжной методики оценки Rопт используют приближённые вычисления основанные на определении коэффициента избытка флегмы (орошения) равного отношению RRmin где Rmin – минимальное флегмовое число.
где xF xD –мольные доли легколетучего компонента соответственно в исходной смеси
и дистилляте кмолькмоль смеси;
yF*-концентрация легколетучего компонента в паре находящегося в равновесии с исходной смесью кмолькмоль смеси.
Пересчитываем составы фаз из массовых в мольные доли по соотношению:
где MА MВ – молекулярные массы ацетона и воды;
Аналогично находим xD и xW :
xD = 0829 кмолькмоль xW = 0009 кмолькмоль.
Таблица 1. Равновесные составы жидкости (x) и пара (y) в мольных % и температура кипения (t) в °C двойных смесей при 760 мм. рт. ст.
По данным приведённым в таблице строим диаграмму равновесия пар – жидкость (диаграмма y – x).
Рисунок 3.1 Диаграмма x-y для смеси ацетон - вода.
Наносим на график мольную долю летучего компонента в исходной смеси xF и находим
Тогда минимальное флегмовое число:
Рабочее флегмовое число:
Уравнение рабочей линии для укрепляющей части колонны:
Уравнение рабочей линии для исчерпывающей части колонны:
где f = FR – количество питания приходящегося на 1 кмоль дистиллята.
Относительный мольный расход питания:
Средние массовые расходы (нагрузки) по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений:
гдеP – расход дистиллята;
F – расход исходной смеси;
R – рабочее флегмовое число;
MP MF – мольные массы дистиллята и исходной смеси;
MВ MН – средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.
Мольную массу дистиллята в данном случае можно принять равной мольной массе легколетучего компонента – ацетона.
Мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно:
MВ = MА·xср.в+MВ·(1 - xср.в)(11)
MН = MА·xср н+MВ·(1 - xср.н)(12)
гдеMА MВ – мольные массы ацетона и воды;
xср.в xср.н – средний мольный состав жидкости в верхней и нижней частях колонны.
xср.В = 05·(xD + xF) = 05·(0829 + 0127) = 0351 кмолькмоль(13)
xср.Н = 05·(xW + xF) = 05·(0009 + 0127) = 0068 кмолькмол(14)
MВ = 58.10351+18·(1 - 0351) = 3208 кгкмоль
MН = 58.1·0068+18·(1 - 0068) = 2073 кгкмоль.
Мольная масса исходной смеси:
MF = MА·xF+MВ·(1 – xF)(15)
MF = 581·0127 + 18·(1 – 0127) =2309 кгкмоль.
Средние массовые потоки пара в верхней GВ и нижней GН частях колонны соответственно равны:
гдеMВ’ MН’ – средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны.
MВ’ = MА·yср.В + MВ·(1 – yср.В)(18)
MН’ = MА·yср.Н + MВ·(1 – yср.Н)(19)
yср.В = 05·(yD + yF) = 05·(088 + 0205) = 0542 кмолькмоль(20)
yср.Н = 05·(yW + yF) = 05·(002 + 0205) = 0113 кмолькмоль(21)
Величины yд yF yW определяем из графика рабочей линии в y – x диаграмме при действительном флегмовом числе:
yD = 088 yF = 0205 yW = 002.
MВ’ = 58.1·0542 + 18·(1 – 0542) = 39.7 кгкмоль
MН’ = 58.1·0113 + 18·(1 – 0113) = 22.57кгкмоль.
2. Расчёт скорости пара и диаметра колонны.
Выбор рабочей скорости паров обусловлен многими факторами и обычно осуществляется путем технико – экономического расчета для каждого конкретного процесса. Для ректификационных колонн работающих при атмосферном давлении рабочую скорость можно принимать на 20 - 30% ниже скорости захлебывания.
Предельную фиктивную скорость пара при которой происходит захлебывание насадочных колонн определяют по уравнению:
где - средние плотности жидкости и пара ;
Поскольку отношения и физические свойства фаз в верхней и нижней частях колонны различны определим скорости захлебывания для каждой части отдельно.
Найдем плотности жидкости xв и xн и пара yв и yн в верхней и нижней частях колонны при средних температурах в них tв и tн. Средние температуры паров определим по диаграмме t – хy (см. приложение 3).
Плотности жидких ацетона и воды соответственно равны xв= 750 кгм3 и
Вязкость жидких смесей находим по уравнению:
где - вязкости жидких ацетона и воды при температуре смеси. 5с.366
Тогда вязкость жидкости в верхней и нижней части колонны равны соответственно:
Предельная скорость паров в верхней части колонны
Предельная скорость паров в нижней части колонны
Примем рабочую скорость на 30% ниже предельной
Диаметр ректификационной колонны определяют из уравнения расхода:
Тогда диаметр верхней и нижней части колонны соответственно равен
Выберем стандартный диаметр обечайки [1 стр.106] одинаковый для обеих частей колонны. При этом действительные рабочие скорости паров вверху и внизу колонны будут равны
3. Расчет высоты насадки.
Расчет высоты насадочной колонны ведем согласно [11] через высоту эквивалентную теоретической тарелке (ВЕТТ).
Высота слоя насадки Нн может быть рассчитана также по уравнению:
где - высота эквивалентная теоретической тарелке (ВЕТТ);
- число теоретических тарелок.
Для насадочных ректификационных колонн работающих в режиме эмульгирования эквивалентная высота насадки может быть определена из уравнения:
где - эквивалентный диаметр насадки;
- критерий Рейнольдса;
- отношение потоков пара и жидкости;
m – тангенс угла наклона равновесной линии.
Отношение нагрузок по пару и жидкости кмолькмоль равно:
для верхней части колонны
для нижней части колонны
Вязкость паров для верхней части колонны
гдеи -вязкость паров ацетона и воды при средней температуре верхней части колонны 5с.371
- средняя концентрация паров:
Аналогичным расчетом для нижней части колонны находим:
Эквивалентная высота насадки в верхней части колонны:
Эквивалентная высота насадки в нижней части колонны:
Значения - для верхней части колонны и - для нижней определены арифметическим усреднением локальных значений в интервалах изменения составов жидкости соответственно от до и от до .
По рис. число ступеней изменения концентрации составляет в верхней части колонны в нижней части колонны
Высота насадки в верхней и нижней частях колонны равна соответственно:
Общая высота насадки в колонне
С учетом того что высота слоя насадки в одной секции Z равна 3м общее число секций в колонне составляет 7.
Общую высоту ректификационной колонны определяют по уравнению
гдеZ – высота насадки в одной секции;
- высота промежутков между секциями насадки в которых устанавливают распределители жидкости ;
- соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой.
Значения выбирают в соответствии с рекомендациями 1c.130
Общая высота колонны
4. Расчет гидравлического сопротивления насадки.
Гидравлическое сопротивление насадки находят по уравнению
Гидравлическое сопротивление сухой не орошаемой насадки рассчитывают по уравнению
где - коэффициент сопротивления сухой насадки зависящий от режима движения газа в насадке.
Критерий Рейнольдса для газа в верхней и нижней частях колонны соответственно равен:
Для определения коэффициента сопротивления беспорядочных насадок в которых пустоты распределены равномерно по всем направлениям используем двухчленную формулу Эргуна применимую при ламинарном и турбулентных режимах.
Для верхней и нижней частей колонны получим соответственно:
Гидравлическое сопротивление сухой насадки в верхней и нижней частях колонны равно:
Плотность орошения в верхней и нижней частях колонны определим по формулам:
Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в верхней и нижней частях колонны:
Общее гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в колонне:
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АППАРАТА.
1. Расчет обечайки корпуса аппарата. Расчет ведем согласно [9].
1.1. Расчетная толщина стенки обечайки работающей под действием внутреннего избыточного давления согласно [9] определяется по формуле:
где =02 МПа - расчетное (рабочее) давление в аппарате;
D = 12 м - внутренний диаметр обечайки:
= 152 МПа - допускаемое напряжение для стали 12Х18Н10Т при 965°С
= 1 - коэффициент прочности продольного сварного шва [7].
Исполнительная толщина стенки определяется с учетом прибавки С к расчетной толщине:
С = С1 + С2 + С3(45)
Где С1 - прибавка для компенсации коррозии и эрозии м;
С2 С3 - прибавка для компенсации минусового допуска и технологическая прибавка соответственно м.
Так как сумма прибавок С1 и С3 меньше 5% от расчетной толщины стенки корпуса то они согласно 1 [7] не учитываются.
Тогда С = С1 = 0001 м
Подставив в формулу получим:
S = 00012 + 0001 = 00022м
Принимаем исполнительную толщину стенки обечайки 8 мм.
Определим осевое сжимающее усилие под которым понимается собственный вес аппарата вес подвешенных частей давление вакуума.
Оценим вес аппарата.
Объем обечайки (металла)
объем днища равный объему крышки:
Обечайки работающие под совместным действием нагрузок проверяют на устойчивость по формуле:
Условие устойчивости обечайки выполняется.
1.3. Расчет на условия гидроиспытаний.
Рассчитывается пробное давление для корпуса т.е. давление на которое испытывают аппарат; для сварного аппарата
для стали 12Х18Н10Т = 160 МПа а = 152 МПа при 965 °С
дополнительное давление от веса столба жидкости
должно выполняться условие
условие не выполняется следовательно необходимо произвести расчет на прочность для условий гидроиспытаний.
где -предел текучести материала аппарата
2. Расчет толщины стенки днища аппарата
2.1 По [7] выбираем днище эллиптическое отбортованное.
Размеры днища по ГОСТ 6533-78
bц - в зависимости от толщины стенки днища.
2.2. Для случая нагружения внутренним избыточным давлением расчетная толщина стенки днища определяем по формуле:
где R - радиус кривизны в вершине днища для эллиптических днищ и крышек R=D= =12 м
Исполнительная толщина стенки днища S = 000078 + 0001 = 0002м
Принимаем исполнительную толщину стенки днища 8 мм.
2.3. Для случая нагружения наружным давлением толщину стенки определяем по формуле
где Кэ = 09 коэффициент приведения радиуса кривизны эллиптического днища.
Для снижения отрицательного действия краевого эффекта возникающего вследствие разности толщины стенок днища и обечайки принимаем SД = 10 мм. Допускаемое наружное давление
Допускаемое давление из условия прочности определяем по формуле
допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости
р = 0005МПа [р] = 1.1 МПа
Условие прочности выполняется.
РАСЧЕТ УКРЕПЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЯ
Расчет ведем согласно [10].
1. Расчетный диаметр отверстия не требующего дополнительного укрепления
Укрепим отверстие d =500мм.
2. Условие укрепления отверстия
Расчетная толщина стенки штуцера
Принимаем стандартный штуцер Dy = 500 мм; S = 20 мм; Нт = 300 мм.
Расчетная ширина зоны укрепления:
Отверстие укреплено.
ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РАСЧЕТ БОЛТОВ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ.
Согласно [7] конструкция фланцевого соединения принимается в зависимости от рабочих параметров аппарата. При р 25 МПа и t 3000С принимаются стальные плоские приварные фланцы. Поэтому выбираем плоские приварные с соединением шип - паз по ОСТ 26-426-79 с параметрами:
Фланец 80-10 ГОСТ 12828-79
D ф = 185мм; DБ= 150мм; D1 = 128мм; D2 = 116 мм; D4 = 91 мм; h = 15 мм;
h1 = 14 мм; z = 4 отв.
В качестве крепежных деталей во фланцевых соединениях принимаем болты М16 материал - сталь 35. В качестве прокладочного материала принимаем резину.
Нагрузка действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления определяем по формуле [2]:
где - средний диаметр прокладки м
где Dn = 115 мм - диаметр прокладки;
bn = 13 мм - ширина прокладки.
Реакция прокладки в рабочих условиях:
где - эффективная ширина прокладки
m = 1 - коэффициент по [7]
Усилие от температурных деформаций:
где - безразмерный коэффициент;
zБ = 4 - количество болтов;
- площадь поперечного сечения болта;
= 199 1011 Па - модуль продольной упругости материала болтов;
- коэффициент линейного температурного расширения материала фланца;
- коэффициент линейного температурного расширения материала болтов;
- расчетная температура фланца;
- расчетная температура болтов;
Безразмерный коэффициент согласно [7] определяется по формуле:
где уn - податливость прокладки мН;
уБ - податливость болтов мН;
уФ - податливость фланца 1Нм
где Sn = 0002 м - толщина прокладки;
Еn = 17 Па - модуль продольной упругости материала прокладки.
где - расчетная длина болта м
где - безразмерный параметр
= 038 - коэффициент [7];
h - ориентировочная толщина фланца м.
где - коэффициент равный
Подставляя. в формулу получим:
Расчетная температура фланца и болтов определяем по таблице [7]
Болтовая нагрузка в условиях монтажа:
где а - коэффициент;
q = 4 МПа - параметр прокладки;
[Б]20 =130 МПа - допускаемое напряжение для материала болтов.
Болтовая нагрузка в рабочих условиях:
Проверим условия прочности болтов для условий монтажа и рабочих условий [7]:
где - допускаемое напряжение для материала болтов при расчетной температуре.
Условия прочности соблюдаются.
ВЫБОР И РАСЧЕТ ОПОР.
В процессе выполнения проекта разработана конструкция насадочной колонны для разделения смеси ацетон - вода и проведены расчеты подтверждающие работоспособность аппарата: технологический и прочностной.
В ходе технологического расчета ректификационной установки были определены следующие параметры:
– диаметр колонны Д = 12 м;
– высота насадочной колонны H = 3545 м;
– число секций насадок n = 7;
– массовый расход дистиллята GВ = 19кгс;
– массовый расход кубового остатка GН = 11 кгс;
– флегмовое число R = 25.
Разделение бинарной смеси осуществляется в насадочной ректификационной колонне непрерывного действия под давлением. При расчете были использованы данные по изобарному равновесию пар – жидкость для системы ацетон – вода при нормальном давлении.
Приведенный расчет выполнен без учета влияния на основные размеры ректификационной колонны ряда явлений (таких как неравномерность распределения жидкости при орошении обратное перемешивание тепловые эффекты и др.) что иногда может внести в расчет существенные ошибки.
В процессе выполнения прочностного расчета проведены расчеты обечайки и днища на прочность и устойчивость расчет укреплений отверстий а также были выбраны стандартные фланцы и опора и произведен их расчет на прочность.
При расчете получили что условия прочности выполняются.
Таким образом разработанная конструкция насадочной колонны для разделения смеси ацетон - вода является оптимальной и проведенные расчеты обеспечивают надежность работы аппарата.
Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированиюПод ред. Дытнерского. М.: Химия 1983.
Павлов К. Ф. Романков П. Г. Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов.Л.: Химия1987.
Каталог. Колонные аппараты. Изд. 2-еЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ М.1978.
Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 7-е ГОСХИМИЗДАТ М. 1960.
Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи. Учебное пособие для студентов втузовПод общей ред. В. П. Соколова Л.: Машиностроение Ленингр. отд-ние 1982.
Воробьева Г.Я. Коррозионная стойкость материалов и агрессивные среды химических производств. Справочник. М.: Химия 1967.
Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник. Машиностроение 1981.
Лащинский А.А. Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Л.: Машиностроение 1970.
ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
ГОСТ 24755-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий.
В.М. Рамм. Абсорбция газов: Учебник для вузов.

колонна общий.dwg

Таблица штуцеров и люков
Выход жидкости из куба
Выход кубового остатка
Термометр сопротивления
Для указателя уровня
Техническая характеристика
Скорость подъема и снижения давления при
минимально допустимая отрицательная
находящейся под давлением
Скорость прогрева и охлаждения стенки
класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76
вызывает коррозионное растрескивание
Прибавка для компенсации коррозии
Группа сосуда по ГОСТ Р52630-06
Класс герметичности по ОСТ 26-11-14-88
Действительное расположение штуцеров
наружных и внутренних устройств см. вид сверху и сечения.
Общие допуски по ГОСТ 30893
*Размеры для справок.
**Диаметры вырезаемых отверстий уточнить по фактическим
диаметрам ввариваемых патрубков с учетом сварочных зазоров.
Маркировку аппарата производить по РТМ 2-89. Дополнительно
нанести маркировку контрольных рисок для выверки
вертикальности аппарата на монтажной площадке.
Цвет покрытия штуцеров монтажных - красный.
приемку и испытание аппарата
производить согласно ГОСТ Р52630-06 и данному чертежу.
Колонна ректификации
Технические требования
Заимствованные изделия
Тарелка колпачковая ТСК-Р
Вновь разрабатываемые изделия

тарелка.spw

Сегмент тарелки полукруглый
Сегмент тарелки прямоугольный
Гайка 2 М10-6H.04 (S16) ГОСТ 5916-70
Шайба 10 БрКМц3-1 ГОСТ 6402-70
Паронит лист ГОСТ 481-80

Тарелка_колпачковая.dwg

Таблица сварных швов
обозначение стандарта
Колпачки условно не показаны
конструкции соответствуют ОСТ 26-02-1401-76
Изготовить согласно ОСТ 26-291-94
* Размеры для справок
параметры и элементы
Общие допуски по ГОСТ 30893.2-02-mk

деталирование.dwg

Неуказанные предельные отклонения размеров:
* Размеры для справок
сталь 35Л ГОСТ 997-86
Общие допуски по ГОСТ 30893.2-02-mk
сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 10885-75
Общие допуски по ГОСТ 30893
* Размеры для справок.