Усовершенствованная брагоректификационная установка косвенного действия производительностью 2000 дал/сутки. Разработать эпюрационную колонну

Тарелка 1600.cdw

Обозначение или способ
Технические требования
Тарелку изготовить в соответствии с требованиями
*Размеры для справок.
Техническая характеристика
Таблица сварочных швов

Рама тарелки.cdw

Обозначение или способ
Электрод или сварочная
* Размеры для справок.

Спецификация (тарелка) лист 2.CDW

Спецификация (колонна) лист 2.CDW

технологическая схема.cdw

Барометрический затвор
Пароструйный компрессор
Ректификационная колонна
Колонна концентрирования примесей
Колонна окончательной очистки
Спиртоизмеряющий аппарат
Производство этилового
Технологическая схема

Спецификация (рама).cdw

Люк.cdw

Спецификация (тарелка) лист 1.CDW

Пояснительная записка.doc

Технологическая часть
1 Описание технологической схемы производства
2 Теоретические основы процесса
3 Описание конструкции и принципа действия проектируемого
аппарата. Обоснование выбора конструкционных материалов
Технологические расчеты процесса и аппарата
1 Материальный баланс
2 Тепловой баланс установки
3 Определение оптимального флегмового числа и построение рабочих линий для верхней и нижней частей колонны
4 Определение объемных расходов пара и жидкости в колонне
5 Определение скорости пара и диаметра колонны
6 Гидравлический расчёт тарелок
7 Определение количества тарелок и общего гидравлического сопротивления колонны. Определение высоты колонны
8 Определение диаметров патрубков для технологических штуцеров
9 Выбор вспомогательного оборудования
Расчеты на прочность жесткость и устойчивость
1 Расчет толщины стенки корпуса аппарата
2 Расчет толщины стенки эллиптического днища
3 Расчет фланцевого соединения
4 Расчёт и выбор опоры
Монтаж и ремонт ректификационной колонны
1 Монтаж тарельчатой ректификационной колонны
2 Ремонт проектируемого аппарата
Пояснительная записка: с. 11 рис. 9 табл. 5 приложений 14 источников.
Графические материалы: технологическая схема производства сборочные чертежи аппарата сборочные чертежи узлов всего 5 листов формата А1.
Тема проекта «Усовершенствованная брагоректификационная установка косвенного действия производительностью 2000 далсутки. Разработать эпюрационную колонну».
Приведено обоснование технологической схемы брагоректификационной установки косвенного действия по производству этилового спирта. Приведены теоретические основы процесса ректификации выполнены технологические расчеты производства проектируемого аппарата проведены конструктивные и прочностные расчеты подтверждающие работоспособность и надежность колонны.
Рассмотрены вопросы монтажа и ремонта проектируемого аппарата.
На ПЭВМ произведён расчёт оптимального флегмового числа количества тарелок проведён прочностной расчёт элементов проектируемого аппарата.
Ключевые слова: ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ ЭПЮРАЦИЯ ТАРЕЛКА КОЛОННА РЕКТИФИКАЦИЯ РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА.
Развитие химической промышленности требует создания новых высокоэффективных надежных и безопасных в эксплуатации технологических аппаратов и новых технологий при производстве товаров народного потребления повышения эффективности использования ресурсов и снижения энерго- и материалоемкости производства повышения уровня автоматизации.
Спиртовая промышленность является одной из основных отраслей приносящих постоянный доход в государственный бюджет. Во всем мире спиртовая индустрия высокорентабельная и в нее вкладывают значительные средства. Основная причина критического положения украинской спиртовой промышленности кроется в ее низкой привлекательности для инвестиций из-за относительно невысокой рентабельности производства отсутствия стабильной акцизной и налоговой политики высокой степени зависимости от ситуации на рынке алкогольной продукции. В связи с этим практически для любого спиртового завода основной задачей становится повышение качества продукции и рентабельности ее производства.
Ближайшие задачи спиртовой промышленности:
-завершение внедрения непрерывных технологических процессов на всех заводах вырабатывающих спирт из зерно-картофельного сырья;
-широкое внедрение осахаривания разваренной массы глубинной культуры;
-повышение уровня механизации ПРТС работ и уровня автоматизации технологических процессов;
-осуществление биологической очистки сточных вод на заводах перерабатывающих зерно и картофель;
-дальнейшее улучшение качества работы каждого завода и повышение эффективности работы спиртовой промышленности.
Разрабатываемый колонный аппарат применяется в технологической линии производства этилового спирта.
Цель курсового проектирования достигается использованием стандартных методик и техник расчета аппаратов химических производств справочной и периодической литературы нормативно-технических и патентных документов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ правильным графическим изображением проектируемого аппарата с соблюдением требований ЕСКД.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1Описание технологической схемы производства.
На спиртовых заводах в качестве типовых приняты брагоректификационные установки косвенного действия. Они обладают высокими эксплуатационными качествами: стабильны в работе легки в управлении и регулировке обеспечивают выработку спирта высокого качества.
Технологический процесс в установке осуществляют в следующей последовательности (рис 1.1). Зрелую бражку из бродильного отделения насосом подают в подогреватель (поз.9) где ее подогревают до температуры 75-85°С теплом спиртоводного пара из бражной колонны (поз.12). Подогретую бражку направляют в сепаратор бражки (поз.7) в котором отделяют диоксид углерода и другие газы брожения. В сепаратор подают спиртовой пар из бражной колонны (поз.12) или из конденсатора (поз.14) и догревают бражку до кипения.
Газы содержащие диоксид углерода спирт и летучие примеси из сепаратора (поз.7) отводят на конденсатор (поз.15) в котором из газов улавливают спирт.
Из конденсатора (поз.15) газы направляют в конденсатор (поз.16) из которого несконденсировавшиеся газы отводят через конденсатор-спиртоловушку (поз.22) в атмосферу.
Декарбонизированную бражку из сепаратора (поз.7) подают на питательную тарелку бражной колонны (поз.12).
Бражную колонну (поз.12) обогревают паром самоиспарения барды полученным на пароинжекционной установке состоящей из испарителя (поз.3) и пароструйных компрессоров (поз.4) а также острым паром вводимом в колонну через барботер.
В бражной колонне из бражки выпаривают весь этиловый спирт и летучие примеси.
Освобожденную от этилового спирта и его летучих примесей бражку именуют бардой которую из бражной колонны (поз.12) через бардоотводчик (поз.11) направляют в испаритель (поз.3). Выделившийся в испарителе пар самоиспарения барды пароструйным компрессором (поз.4) подают под нижнюю тарелку бражной колонны (поз.12) для ее обогрева. На пороструйные компрессоры подают пар из паропровода от котельной к коллектору (поз.23). Из испарителя (поз.3) барду отводят через барометрический затвор (поз.1).
Водно-спиртовой пар бражного дистиллята из бражной колонны (поз.12) отводят в подогреватель (поз.9). Пар несконденсировавшийся в подогревателе (поз.4) конденсируют в конденсаторе (поз.14) из кoтopoгo несконденсировавшийся пар направляют в сепаратор бражки (поз.7).
Рис 1.1 – Брагоректификационная установка
Бражной дистиллят из подогревателя (поз.9) конденсатора (поз.14) собирают в коллектор и отводят на тарелку питания эпюрационной колонны (поз.19). Дистиллят из конденсаторов (поз.15 и 16) отводят на верхнюю тарелку эпюрационной колонны. Часть бражного дистиллята регулируемую по ротаметру (поз.5) из разделителя (поз.8) возвращают в виде флегмы на верхнюю тарелку бражной колонны (поз.12) для укрепления дистиллята до 60-70% об. и промывки спиртового пара бражного дистиллята.
Эпюрацию осуществляют в режиме гидроселекции обеспечивающем высокую эффективность выделения примесей.
Подачу лютерной воды на одну из верхних тарелок эпюрационной колонны (поз.19) осуществляют из сборника (поз.47). Расход лютерной воды регулируют по ротаметру (поз.48) в количестве 08-12 кг на I кг водного спирта введенного в колонну. Концентрацию этилового спирта в аппарате пpи этом поддерживают в пределах 35-45% об. Спиртовой пар из эпюрационной колонны конденсируют в дефлегматоре (поз.20) флегму из которого возвращают в эпюрационную колонну (поз.19) на верхнюю тарелку для орошения и концентрирования примесей. Несконденсировавшийся пар из дефлегматора (поз.20) отводят в конденсатор (поз.21) из которого отбирают фракцию головную этилового спирта в количестве oт 30 до 60%. Отбор ее регулируют по ротаметру (поз.24) и отводят на одну из верхних тарелок (14 19 считая сверху) колонну концентрирования примесей (поз.43).
Эпюрат из эпюрационной колонны (поз.19) вводят на 16-ю (питательную) тарелку ректификационной колонны (поз.29). Из выварной камеры этой колонны через лютероотводчик (поз.34) отводят лютерную воду. Кроме того из выварной камеры колонны (поз.29) лютерную воду насосом (поз.35) подают в напорный сборник (поз.47) из которого расходуют на гидроселекцию в эпюрационную колонну (поз.19) и на промывку сивушного масла в декантаторе (поз.50). Избыток лютерной воды из сборника (поз.47) направляют в испаритель (поз.26).
Из ректификационной колонны спиртовой пар отводят в дефлегматор (поз.30) из которого флегму возвращают на верхнюю тарелку колонны. Ректификационная колонна сообщена с атмосферой через ловушку (поз.32).
Несконденсировавшийся пар из дефлегматора (поз.30) отводят в конденсатор (поз.31). Непастеризованный спирт из конденсатора (поз.31) в количестве 1-4% направляют в колонну концентрирования примесей (поз.43). Расход непастеризованного спирта регулируют по ротаметру (поз.27).
Из колонны концентрирование примесей (поз.43) лютерную воду вводят через лютероотводчик (поз.44).
С одной из тарелок 32..35-й (считая от верха) колонны концентрирования примесей (поз.43) отбирают фракцию этилового спирта и возвращают его в бражную колонну (поз.12) не ниже чем на 14-ю от низа колонны тарелку или в эпюрационную колонну на тарелку ее питания.
Расход фракции регулируют по ротаметру (поз.39) по температуре в аккумуляторе колонны (поз.43).
Ректификованный спирт отбирают с 6 8 верхних тарелок ректификационной колонны. Отбор спирта регулируют по ротаметру (поз.54). Спирт для дополнительной его очистки отводят в колонну окончательной очистки (поз.57) на 15-17 тарелку от верха колонны.
В дефлегматоре колонны окончательной очистки (поз.58) конденсируют спиртовый пар и флегму возвращают в колонну. Несконденсированный в дефлегматоре пар направляют в конденсатор (поз.59) из которого отбирают непастеризованный спирт. Его отбор регулируют по ротаметру (поз.38) и отводят или в колонну концентрирования примесей (поз.43) или в эпюрационную колонну на одну из верхних ее тарелок.
При переработке мелассных бражек из куба колонны окончательной очистки (поз.57) отбирают погон в количестве 2-5% объем которого регулируют по ротаметру (поз.56) и отводят на 14-ю или 16-ю тарелку ректификационной колонны (поз.29). Повторно очищенный ректификационный спирт отбирают с одной из верхних (3 6) тарелок колонны окончательной очистки (поз.57).
При выработке спирта из крахмалистого сырья из куба колонны отбирают ректификованный спирт. Отбор спирта регулируют по ротаметру (поз.62). Спирт охлаждают в холодильниках (поз.61) и через фонарь (поз.63) и контрольный спиртоизмеряющий аппарат (поз.64) направляют в спиртоприемное отделение.
Для определения потерь в лютерной воде и барде устанавливают пробные холодильники (поз.10 33 и 42).
Обогрев колонн установки может быть как открытый - вводом пара на барботеры колонн так и закрытый - через кипятильники (поз.18 26 60 68). Пар на обогрев колонн подводят от коллектора (поз.23).
Все поверхности теплообмена (холодильники конденсаторы дефлегматоры ловушка) обеспечивают охлаждающей водой из коллектора воды (поз.17). Порядок разводки воды аналогичен разводке в описанной схеме косвенного действия. Воду на коллектор подают из водонапорного бака или от насосов. При этом всю воду пропускают через холодильник спирта (поз.61).
Из зоны 4-8 нижних тарелок ректификационной колонны (поз.29) отбирают пар сивушной фракции и направляют его в конденсатор (поз. 37). Конденсат сивушной фракции вместе с сивушным спартом отобранным в жидкой фазе 12-15 тарелки ректификационной корирования примесей (поз.43).
Спиртовой пар из колонны концетрирования примесей (поз.43) направляют в дефлегматор (поз.45). Из дефлегматора (поз. 45) флегму возвращают в колонну. Из конденсатора (поз.46) отбирают концентрат головных примесей которые охлождают в холодильнике (поз.37) и через ротаметр (поз.25) выводят на реализацию.
Сивушное масло по мере его накопления в аккумуляторе колонны (поз.43) отводят через фонарь (поз.49) в контактную смесительную колонну декантатора (поз.50) где масло смешивают с лютерной водой по подаваемой из сборника (поз.47). расход воды регулируют по ротаметру (поз.55).
Диспергированная смесь сивушного масла и воды прошедшая конкретную смесительную колонну декантатора снизу вверх поступает в декантатор (поз.50) из которого верхний масляный слой (сивушное масло) через холодильник (поз.51) отводят в сборник (поз.52) а затем насосом (поз.53) подают в спиртоприемное отделение.
Водную фракцию с декантатора (поз.50) возвращают на 6-ю тарелку колонны концентрирования примесей (поз.43).
Разделение жидких однородных или многокомпонентных растворов и газовых смесей на индивидуальные практически чистые компоненты или их фракции методами ректификации широко применяется как основной технологический процесс во многих производствах химической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности. Кроме того ректификация используется в спиртовой промышленности в технологиях получения редких и рассеянных элементов в установках разделения природного газа и воздуха.
Процессы ректификации основаны на тепло- и массообменном взаимодействии между паровой и жидкой фазами компонентов входящих в бинарный раствор.
Физическая сущность процесса ректификации состоит в том что в подогретом однородном жидком растворе низкокипящий компонент (НКК) обладая более высокой упругостью паров переходит более интенсивно в паровую фазу которая при этом обогащается им. Одновременно жидкая фаза обогащается высококипящим компонентом (ВКК). При конденсации паров фазы образуется раствор нового состава с более высоким содержанием низкокипящего компонента по сравнению с исходным раствором. Если процесс испарения жидкости и конденсации паров производится однократно то реализуется процесс перегонки – дистилляции исходной смеси если процессы испарения и конденсации повторяются в одном аппарате многократно то такой процесс многоступенчатой перегонки называют ректификацией.
Процесс ректификации осуществляется в колонных аппаратах тарельчатого или насадочного типа. На каждой ступени контакта (на тарелке или в слое насадки определенной высоты) происходит конденсация паров поступающих с нижележащей тарелки. За счет тепла конденсации находящаяся на тарелке жидкость закипает и выделяет пары обогащенные низкокипящим компонентом и поднимающиеся на вышележащую тарелку. Обогащенная высококипящим компонентом жидкость по переливному устройству перетекает на нижележащую тарелку.
Осуществляя на тарелках многоступенчатый тепло- и массообменный противоточный контакт между парами поднимающимися снизу вверх по колонне и стекающей сверху вниз жидкостью реализуют процесс разделения исходной смеси на отдельные практически чистые компоненты или фракции с близкими температурами кипения компонентов [1].
Меласса (свеклосахарная или кормовая патока) является отходом свеклосахарного производства. Это наиболее выгодный вид сырья для получения пищевого этилового спирта. На спиртовых заводах перерабатывающих мелассу более высокая производительность труда ниже себестоимость и расход топлива выше прибыль чем на заводах вырабатывающих спирт из зерно-картофельного сырья.
По внешнему виду меласса представляет собой густую жидкость темного цвета. Средний химический состав мелассы следующий (в %): вода 18-25 сухие вещества 75-82 в том числе: сахароза 45-50 инвертный сахар до 05 раффиноза до 2 несбраживаемых веществ (несахаров) 35-40. Доброкачественность мелассы (содержание сахара на 100 частей сухих веществ) 57-62. Реакция нормальной по качеству мелассы - слабощелочная.
Основной составной частью мелассы является сахароза которая в условиях спиртового производства полностью сбраживается в спирт. Инвертный сахар также полностью сбраживается однако содержание его более 05% свидетельствует об инфицированности мелассы. Кроме того повышенному содержанию инвертного сахара всегда сопутствует целый ряд продуктов образовавшихся из сахарозы под влиянием высоких температур кислот и щелочей придающих мелассе темную окраску и вредно действуюпдих на дрожжи и брожение. Исследования УкрНИИСПа показали чго с увеличением содержания инвертного сахара и цветности мелассы снижается выход спирта из 1 т условного крахмала Поэтому содержание инвертного сахара в мелассе более 05% нежелательно. Раффиноза под действием b-фруктофуранозидазы дрожжей разлагается на фруктозу и дисахарид мелибнозу. Фруктоза в дальнейшем сбраживается в спирт. Дрожжи обычно применяемые на спиртовых заводах перерабатывающих мелассу не содержат фермента a-галактозидазы (мелибиазы) разлагающего мелибиозу и последняя не сбраживается. Поэтому раффиноза сбраживается только на 13 (точнее - на 34%).
Следовательносбраживаемым сахарам мелассы относится: сахароза инвертный сахар и раффиноза содержание которых обычно дают в пересчете на сахарозу.
В настоящее время для сбраживания мелассных сред применяют гибридные расы дрожжей (Г-67 Г-73 и др.) которые содержат a-галактозидазу и почти полностью сбраживают раффинозу.
В состав несахаров мелассы входят органические и минеральные соединения. Из органических соединений в мелассе содержатся меланоидины продукты распада сахарозы карбоновые кислоты азотистые вещества (аминокислоты - глютаминовая аспарагиновая амиды бетаин) Наличие азотистых веществ в мелассе весьма важно так как они необходимы для размножения дрожжей. Минеральные соединенля мелассы представлены солями калия натрия железа алюминия магния угольнойсернойсоляной и азотной кислот; фосфора в мелассе содержится незначительисе количество.
Микрофлора мелассы весьма многочисленна разнообразна и изменчива. Она представлена бактериями дрожжами плесневыми грибами. Иногда на спиртовые заводы поступают дефектные мелассы – сильно инфицированные кислые загрязненные посторонними примесями. Дефектная меласса перерабатывается на спирт значительно хуже чем нормальная выход спирта снижается ухудшается его качество. В инфицированной мелассе из-за жизнедеятельности микроорганизмов образуются карбоновые кислоты вследствие чего мелассы приобретают кислую реакцию [2].
Рис. 1.2 – Принципиальная технологическая схема производства спирта из мелассы
2Описание конструкции и принципа действия
проектируемого аппарата. Обоснование выбора
конструкционных материалов
Тарельчатые колонны составляют основную группу массообменных аппаратов. Они представляют собой вертикальный цилиндр (цельносварной или состоящий из нескольких царг соединенных между собой наглухо или разъемными фланцами) по высоте которого расположены специальные контактные устройства – тарелки позволяющие создать тесный контакт между паром поднимающимся вверх по колонне и жидкостью стекающей вниз.
В среднюю часть в виде пара жидкости или парожидкостной смеси подается сырье которое необходимо разделить на две части – высококипящую и низкокипящую.
Пары и жидкость поступающие на тарелку не находятся в состоянии равновесия однако вступая в соприкосновение стремятся к этому состоянию.
Пар на тарелку 1 (рис.1.3) поступает по патрубкам 2 разбиваясь затем прорезями колпачка 3 на большое число отдельных струй. Прорези колпачков наиболее часто выполняют в виде зубцов треугольной или прямоугольной формы.
Далее пар проходит через слой жидкости протекающей по тарелке от одного сливного устройства 4 к другому. При движении через слой значительная часть мелких струй распадается и пар распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости движения пара и глубины погружения колпачка в жидкость.
Жидкий поток с вышележащей тарелки поступает в зону более высокой температуры и поэтому из него испаряется некоторое количество низкокипящего компонента в результате чего концентрация последнего в жидкости уменьшается. С другой стороны паровой поток поступающий с нижележащей тарелки попадает в зону более низкой температуры и часть высококипящего продукта из этого потока конденсируется переходя в жидкость. Концентрация высококипящего компонента в парах таким образом понижается а низкокипящего – повышается.
Часть ректификационной колонны которая расположена выше ввода сырья называется концентрационной а ниже – отгонной.
Корпуса колонных аппаратов изготовляют либо из отдельных царг собираемых на фланцевых соединениях либо цельносварными с люками через которые обеспечивается доступ внутрь аппарата с целью монтажа демонтажа ремонта и ревизии внутренних устройств. Колонные аппараты снабжены крышкой и днищем патрубками для ввода и вывода паровых и жидкостных потоков. Как правило снизу к корпусу аппарата приваривают специальную опору которая позволяет надежно крепить колонну к фундаменту. Для обеспечения эффективной работы колонного аппарата необходимо также предусмотреть надежные распределительные устройства с помощью которых в аппарат вводятся потоки жидкости и пара а также устройства для вывода этих потоков из аппарата. Наибольшее распространение в промышленности получили насадочные и тарельчатые колонные аппараты.
При выборе типа ректификационной колонны для проектируемого разделения следует иметь в виду что тарельчатые колонны очень малого диаметра значительно дороже соответствующих насадочных колонн однако по мере увеличения диаметра стоимость насадочных колонн растет намного быстрее.
Длительный опыт промышленной эксплуатации насадочных колонн показал целесообразность их использования при диаметрах не более 08 м. При дальнейшем увеличении диаметра насадочных колонн ухудшается равномерность распределения флегмы по насадке образуются каналы по которым преимущественно устремляется флегма и эффективность колонны резко снижается.
В тарельчатых колоннах пар проходит через слой жидкости находящейся на тарелке. При этом пар дробится на мелкие пузыри и струи которые с большой скоростью движутся в жидкости.
При выборе конструкционных материалов основным критерием является их химическая и коррозионная стойкость в заданной среде. Обычно выбирают материал абсолютно или достаточно стойкий в среде при ее рабочих параметрах. К расчетным толщинам как правило добавляют соответствующие прибавки (на компенсацию коррозии и эрозии минусового допуска и т.д.) в зависимости от срока службы аппарата. В месте с тем следует учитывать и другие виды коррозии которым подвержены некоторые материалы в агрессивных средах.
Другим критерием при выборе материала является расчетная температура. Если температура является положительной для аппаратов установленных в не отапливаемых помещениях необходимо учитывать абсолютную минимальную зимнюю температура воздуха при которой аппарат может находиться под давлением или вакуумом.
Таким образом выбор конструкционного материала производится в зависимости от его коррозионной стойкости в заданной среде при рабочих условиях – давлении и температуре.
Кроме названных выше критериев относящихся к химической промышленности существует специфический критерий присущий пищевой промышленности. Таким критерием является влияние материала на вкусовые качества продукта и его товарный вид.
В проектируемом аппарате –эпюрационной колонне – рабочей средой является водно-спиртовой раствор а также его пары. Данная среда не является коррозионной. Аппарат работает при незначительном избыточном давлении необходимом для поддержания требуемого гидродинамического режима поэтому основным фактором влияющим на выбор конструкционного материала является влияние материала на органолептические свойства этилового спирта. Исходя из этого условия согласно рекомендациям [34] для смеси «этиловый спирт-вода» с заданными концентрационными и температурными характеристиками предложены следующие марки сталей в качестве конструкционного материала для корпуса и внутренних устройств бражной колонны выбираем легированную сталь марки 12Х18Н10Т. Для изготовления частей колонного аппарата не контактирующих с рабочей средой выбираем углеродистую сталь марки Вст3 20К и сталь 35[34] материал прокладок – фторопласт-4 [4].
Сталь 12Х18Н10Т не подвергается коррозии при взаимодействии с водно-спиртовым и его парами при температурах и концентрациях необходимых для нормального протекания технологического процесса. Прибавка на компенсацию коррозии зависит от проницаемости материала. Для стали 12Х18Н10Т проницаемость П=01 ммгод. Выбранный материал удовлетворяет требованиям к чистоте получаемого продукта. Немаловажным показателем при выборе конструкционного материала является его экономическая характеристика. Сталь 12Х18Н10Т является менее дорогостоящей кроме того она менее дефицитна.
Сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72. Заменители: Сталь 08Х18Г8Н2Т Сталь 10Х14Г14Н4Т Сталь 12Х18Н9Т Сталь 12Х17Г9АН4.
Назначение: сварные аппараты и сосуды работающие в разбавленных растворах азотной уксусной фосфорной кислот.
Вид поставки (сортамент): сортовой (Шестигранник калиброванный ГОСТ 8560-78 Квадрат гкатаный ГОСТ 2591-88 Круг гкатаный ГОСТ 2590-88 Круг калиброванный хкатаный ГОСТ 7417-75) листы (Лист толстый гкатаный ГОСТ 19903-74тонкий хкатаный ГОСТ 19904-90) лента (Лента хкатаная коррозионностойкая ГОСТ 4986-79) проволока (Проволока коррозионностойкая ГОСТ 18143-72) трубы (Труба бесшовная холоднодеформированная коррозионностойкая ГОСТ 9941-81 Трубка капиллярная ГОСТ 14162-79 Труба бесшовная особотонкостенная ГОСТ 10498-82 Труба электросварная коррозионностойкая ГОСТ 11068-81 Труба электросварная квадратная ТУ 14-105-566-93 Труба электросварная прямоугольная ТУ 14-105-566-93 Труба ГОСТ 19277) сетка (Сетка тканая ГОСТ 3826-82).
Основные характеристики стали приведены ниже.
Таблица 1.1 – Химический состав стали 12Х18Н10Т
Кремний (Si) не более
Марганец (Mn) не более
Углерод (C) не более
Фосфор (P) не более
Таблица 1.2 - Механические свойства при испытании на длительную прочность
Предел ползучести МПа
Скорость ползучести %ч
Предел длительной прочности МПа
Таблица 1.3 - Механические свойства
Термообработка состояние поставки
Прутки. Закакла 1020-1100 °С воздух масло или вода.
Прутки шлифованные обработанные на заданную прочность.
Прутки нагартованные
Листы горячекатаные или холоднокатаные. Закалка 1000-1080 °С вода или воздух.
Листы горячекатаные или холоднокатаные. Закалка 1050-1080 °С вода или воздух.
Листы горячекатаные или холоднокатаные нагартованные
Поковки. Закалка 1050-1100 °С вода или воздух.
Проволока термообработанная
Трубы бесшовные горячедеформированные без термообработки.
Таблица 1.4 - Механические свойства при повышенных температурах
Закалка 1050-1100 °С охлаждение на воздухе.
Таблица 1.5 - Технологические свойства
Начала 1200 конца 850. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.
сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС (электроды ЦТ-26) ЭШС и КТС. Рекомендуется последующая термообработка.
Обрабатываемость резанием
В закаленном состоянии при НВ 169 и B = 610 МПа K тв.спл. = 085 K б.ст. = 035.
Флокеночувствительность
Таблица 1.6 - Физические свойства
Температура испытания °С
Модуль нормальной упругости Е ГПа
Модуль упругости при сдвиге кручением G ГПа
Коэффициент теплопроводности Вт(м ·°С)
Уд. электросопротивление (p НОм · м)
Коэффициент линейного расширения (a 10-6 1°С)
Удельная теплоемкость (С Дж(кг · °С))
Сталь Ст3 ГОСТ 380-94. Заменители: Сталь Сталь Ст2 Сталь Ст5 Сталь Ст6.
Назначение: прокат профильный рамы каркасы щитки кожухи - для сварных и клепаных конструкций.
Вид поставки (сортамент): сортовой (Квадрат гкатаный ГОСТ 2591-88 Круг гкатаный ГОСТ 2590-88 Полоса ГОСТ 103-76 Катанка ГОСТ 30136-95) листы (Лист толстый гкатаный ГОСТ 19903-74тонкий хкатаный ГОСТ 19904-90тонкий гкатаный из стали обыкновенного качества ГОСТ 19903-74) проволока (Проволока общего назначения ГОСТ 3282-74) фасонный (Швеллер гкатаный ГОСТ 8240-89 Уголок гкатаный равнополочный ГОСТ 8509-93 Уголок гкатаный неравнополочный ГОСТ 8510-86 Уголок хгнутый равнополочный ГОСТ 19771-93 Балка двутавровая гкатаная ГОСТ 8239-89 Швеллер хгнутый равнополочный ГОСТ 8278-83) трубы (Труба водогазопроводная ГОСТ 3262-75 Труба электросварная ГОСТ 10704-91 Труба электросварная квадратная ТУ 14-105-566-93 Труба электросварная прямоугольная ТУ 14-105-566-93) сетки (Сетка тканая ГОСТ 3826-82).
Основные физико-механические свойства:
-модуль упругости E МПа 200000
-модуль сдвигаGМПа 74000
-плотность r кгм 7850
-предел прочности sВ МПа не менее ..420
-предел текучести sТ МПа не менее ..230
Свариваемость: хорошо сваривается всеми видами сварки.
Фторопласт-4 ГОСТ 10007-80 Е.
Назначение: каркасы катушки панели основания изоляционные покрытия антифрикционные.
Вид поставки (сортамент): пленки (Пленка фторопластовая ГОСТ 24222-80) трубы (Труба фторопластовая ТУ-6-05-1876) ленты (Лента фторопластовая ГОСТ 24222-80) листы (Пластина прессованная ТУ 6-05-810-88строганный ТУ 044-24) трубки (Трубка фторопластовая ГОСТ 22056-76) прутки (Втулка фторопластовая ТУ 6-05-810-88 Стержень фторопластовый вертикального прессования ТУ 6-05-810-88 Стержень фторопластовый экструзионный ТУ 6-05-041-535 Стержень фторопластовый горизонтального прессования ТУ 6-05-810-88 Втулка фторопластовая прессованная ТУ 6-05-810-88).
-модуль упругости при растяжении E МПа ..650
-плотность r кгм3 2200
-прочность при изгибе s МПа 16
-прочность при разрыве s МПа . 25
-удлинение при разрыве d % .250-500
-температура плавления tmax раб 0С . 260
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРОЦЕССА И АППАРАТА
Расчёт ведётся согласно по методике приведённой в [5-8].
Исходные данные для расчета эпюрационной колонны предназначенной для разделения бражного дистиллята на головную фракцию и эпюрат приведены в таблице 2.1
Производительность установки по
условно безводному этиловому спирту
Концентрация спирта в головной
Концентрация спирта в бражном
Концентрация спирта в эпюрате
Удельный расход котельного пара
Давление в кубе колонны
Давление над верхней тарелкой
Температура в кубе колонны
Температура на тарелке питания
Температура над верхней тарелкой
Потери спирта при эпюрации
) Бражной дистиллят:
где 7893 - относительная плотность 1 дал безводного спирта к 1 л воды;
- производительность установки по условному безводному спирту;
08 - коэффициент учитывающий потери спирта при ректификации;
- концентрация спирта в бражном дистилляте масс. доля.
) Котельный пар - расход пара на бражную колонну составляет 18 25 кгсут на 1 дал условно безводного спирта. Принимаем предварительно 20 кгсут. Тогда:
Рис. 2.1 – Схема ректификационной установки с основными материальными потоками
)пар на дефлегматор ;
)эпюрат включая конденсат пара (т.е. отбор головной фракции около 3 % то согласно [8] им пренебрегаем). Тогда
Количество флегмы и пара на дефлегматор определяем из теплового баланса.
2 Тепловой баланс установки
Расчёт ведётся согласно по методике приведённой в [58].
где - энтальпия бражного дистиллята кДжкг; [8]
где - энтальпия котельного пара кДжкг; [8].
5- коэффициент учитывающий потери тепла и степень сухости пара;
где- энтальпия флегмы кДжкг; [8]
- пар на дефлегматор
где- энтальпия паров флегмы кДжкг; [8]
- эпюрат включая конденсат котельного пара
где - энтальпия эпюрата кДжкг; [8]
Определяем количество пара на дефлегматор и конденсатор эпюрационной колонны из теплового баланса
Определяем остальные тепловые потоки
Проверяем тепловой баланс
19+11769+2351=12105+3234
Следовательно тепловой баланс составлен верно
Проверка материального баланса
5205+870893+40000=870893+665205
Следовательно материальный баланс составлен верно
Расчёт ведётся согласно по методике приведённой в [581011].
Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости определяются рабочим флегмовым числом .
Рабочее флегмовое число для ректификационной колонны определяется по зависимости:
где - коэффициент избытка флегмы; в ректификационных колоннах обычно принимается =11 25;
- минимальное флегмовое число.
где - содержание низкокипящего компонента в паровой фазе находящейся в равновесии с исходной смесью кмолькмоль смеси. Для =0369 =0605 (см. приложение А).
Оптимальное флегмовое число
Записываем уравнения рабочих линий процесса для верхней и нижней частей бражной колонны:
Оптимальное флегмовое число позволяет использовать ректификационную колонну минимального объема при работе ее на заданную производительность и с требуемой полнотой разделения.
В тоже время рабочая линия процесса проведенная для значения может пересекать равновесную кривую в нескольких местах. Во избежании этого проводит дополнительную проверку и уточнение значения . Проверку на пересечение равновесной кривой с рабочими линиями для верхней и нижней частей колонны производим по методу касательных который заключается в том что при минимальном флегмовом числе () рабочие линии процесса должны иметь с кривой равновесия не более чем одну общую точку а при всех остальных значениях х в интервале кривая равновесия должна располагаться выше рабочих линий при этом движущая сила процесса будет положительной.
Таким образом проверку правильности определения минимального флегмового числа проводим в следующем порядке:
Значение найденное по формуле (2.11) подставляем в уравнения рабочих линий процесса ректификации для верхней и нижней частей колонн.
По уравнениям (2.12) (2.13) рассчитываем значения рабочих концентраций спирта в паровой фазе у в зависимости от содержания спирта в жидкости х которое изменяем от до с шагом 001.
Каждое из рассчитанных значений у сравниваем с соответствующим значением и если при каком-нибудь условия не выполняется то находим новое значение
Процесс повторяем причем проверку проводим сначала для верхней части колонны при а затем для нижней части колонны при .
Найденное число и будет первым в ряду соответствующем значению минимального флегмового числа. Найдя первое значение соответствующее минимальному флегмовому числу находим остальные двенадцать принимая различные коэффициенты избытка флегмы. Всего создаем ряд из двенадцати значений флегмовых чисел которых вполне достаточно чтобы определить точное значение минимального флегмового числа.
В данном расчете используя уравнение (2.10) текущее значение коэффициента избытка флегмы принимаем равным:
где - шаг изменения коэффициента избытка флегмы ;
- число переменных значений
В соответствии с системой уравнений (2.10) – (2.14) на диаграмму равновесия наносим семейство рабочих линий каждая из которых относится к определенному значению флегмового числа .
Следующим этапом расчета является определение числа единиц переноса для каждого значения флегмового числа.
Числа единиц переноса находим методом интегрирования величин обратных значению локальной движущей силы процесса в паровой фазе для каждого флегмового числа и определяем отдельно для верхней и нижней частей колонны соответственно формулам:
где и - равновесные концентрации спирта в паровой фазе для верхней и нижней частей колонны соответственно;
и - текущие концентрации спирта на рабочих линиях для верхней и нижней частях колонны.
Общее число единиц переноса при конкретном значении флегмового числа определяем по зависимости
и равно площади ограниченной осью абсцисс и графиком функции в пределах от до .
В приложении Б представлены графики такой функции для двадцати значений флегмовых чисел.
Найденные значения чисел единиц переноса используем для определения оптимального флегмового числа которое в зависимости от текущих значений флегмовых чисел находится из условия минимального значения функции
Вышеизложенный расчет проводим с помощью ПЭВМ. Результаты расчета приведены в приложении Б.
По результатам расчётов R=466.
Относительный мольный расход питания:
Уравнение рабочей линии для верхней части колонны (2.12)
Уравнение рабочей линии для нижней части колонны (2.13)
Определяем графическим путем число теоретических тарелок в бражной колонне. Для этого строим x-y диаграмму процесса ректификации (см. приложение А).
Ордината точки А пересечения рабочих линий:
= - следовательно расчёт выполнен верно.
Расчёт ведётся согласно по методике приведённой в [5-810].
В дальнейших расчётах параметры определяемые для верхней части колонны обозначим знаком «'» параметры определяемые для нижней части колонны - «''».
Определяем количество паров поднимающихся в колонне по формуле:
Определяем количество жидкости стекающей вниз соответственно в верхней и нижней части колонны:
Определяем молекулярную массу пара:
где - мольная масса этилового спирта; =46 кгмоль [5];
- мольная масса воды; =18 кгмоль [5]
где - определяем из уравнения рабочей линии процесса;
Определяем плотность паров по формуле:
где - давление в аппарате =013 МПа; =0106 МПа
- температура в верхней и нижней частях колонны соответственно;
Молекулярную массу жидкости определяем по формуле:
где - содержание спирта в жидкой фазе в верхней и нижней частях соответственно.
Плотность жидкости определяем по формуле:
- плотность спирта в верхней части колонны при температуре 84 0С =7312 кгм3 [5];
- плотность спирта в нижней части колонны при температуре 98 0С =7178 кгм3 [5];
- плотность воды в верхней части колонны при температуре 84 0С =9699 кгм3 [5];
- плотность воды в нижней части колонны при температуре 98 0С =9592 кгм3 [5].
Определяем объемные расходы фракций в верхней и нижней частях колонны:
Расчёт ведётся согласно по методике приведённой в [6710].
Допустимую скорость пара определяем отдельно для верхней и нижней частей колонны:
где - фактор вспениваемости жидкости;
- плотность жидкости и пара соответственно;
- коэффициент зависящий от расстояния между тарелками.
Предварительно принимаем расстояние между тарелками =600 мм и коэффициент вспениваемости =075 [6].
Согласно [5] определяем значение коэффициента :
Определяем скорость пара в верхней части колонны:
Определяем скорость пара в нижней части колонны:
Ориентировочный диаметр для верхней и нижней частей колонны определяем из уравнения расхода:
Согласно рекомендациям [7] принимаем =16 м.
Пересчитываем действительную рабочую скорость газа в колонне:
Расчёт ведётся согласно по методике приведённой в [6].
Зададимся необходимыми данными для дальнейшего расчёта.
В общем случае при выборе давления в колонне необходимо учитывать как эксплуатационные так и экономические показатели процесса ректификации. Однако если нет специальных требований к процессу следует предпочесть работу ректификационной колонны под атмосферным давлением. По условию давление в укрепляющей и исчерпывающей частях колонны заданы
Расчётная температура - 100°С (максимальное значение по t-x-y-диаграмме – см. приложение А).
По справочным данным [6] определяем основные характеристики колпачковой тарелки для колонны диаметром D=1600 мм.
Таблица 2.2 Характеристики колпачковой тарелки ТСК-Р D=1600 мм
Площадь слива Fсл м2
Площадь прохода пара F0 м2
Длина пути жидкости на тарелке lж м
Зазор под сливным стаканом а м
Количество колпачков m
Диаметр колпачка dк мм
В задачу дальнейших гидравлических расчётов основных параметров тарелки входит определение высоты сливного порога hпор подпора жидкости над сливным порогом hсл высоты прорезей колпачка hпр сопротивления тарелки и общего сопротивления колонны.
Рис. 2.2 – Расчётная схема к гидравлическому расчёту колонны с колпачковыми тарелками
Высота подпора жидкости над сливным порогом:
где - расход жидкости протекающей через сливное устройство м3с.
Высота прорезей в колпачках:
Примем [6 с. 231] колпачок с прямоугольными прорезями шириной b=4 мм. Количество прорезей в одном колпачке z=26.
Принимаем высоту прорези =45 мм [6].
В этом случае пар будет проходить через полностью открытые прорези.
Высота сливного порога:
hгб-hсл+hпр+hу (2.43)
В нашем случае высота установки колпачка hу=10 мм.
Высота пены образующейся на тарелке:
где - табличные коэффициенты определяемые в зависимости от типа тарелки; =023;=44·10-2;=46 [6 с.223 табл. 8.3]; – поверхностное натяжение жидкости на границе с паром Нм;
'=16·10-3 Нм; "=155·10-3 Нм [6].
Относительный унос жидкости:
где - табличные значения; =23·10-5; =116 [6].
Следовательно расстояние между тарелками выбрано верно.
Действительная нагрузка сливного устройства:
Действительная высота подпора жидкости (2.46) мало отличается от вычисленной ранее.
Проверим работоспособность сливного устройства тарелки.
Скорость жидкости в сливном устройстве:
Условие нормальной работы тарелки без её захлёбывания:
где - табличные значения; =0225; =08 [6].
Условие соблюдается и захлёбывания сливного устройства не произойдёт.
Скорость жидкости в зазоре между основанием тарелки и нижней кромкой сливного стакана:
Из приведённых расчётов следует что выбранная однопоточная тарелка обеспечит нормальную работу сливных устройств.
Гидравлическое сопротивление тарелки:
где - гидравлическое сопротивление сухой тарелки Па;
- сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения Па;
- сопротивление парожидкостного слоя на тарелке Па.
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:
где – коэффициент сопротивления;
- скорость пара в отверстиях тарелки мс.
Для колпачковой тарелки
Сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения:
где - эквивалентный диаметр м.
Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:
где - перепад уровня жидкости на тарелке м.
где - эквивалентный коэффициент сопротивления перетоку жидкости по тарелке.
Для колпачковых тарелок
Таким образом общее сопротивление контактного устройства:
Расчёт ведётся согласно по методике приведённой в [1011].
Графический метод определения числа тарелок (приложение А) дал следующие результаты:
Число реальных тарелок:
где - к.п.д. тарелки.
Определяем значение комплекса при средних величинах скорости пара и его плотности по высоте колонны:
Определение к.п.д. тарелки и числа ступеней между равновесной и рабочей линиями процесса ректификации бинарной смеси является довольно неточным. Поэтому произведём расчёт количества тарелок с помощью ЭВМ по следующему алгоритму:
Число единиц переноса на тарелке
где- коэффициент использования площади тарелки;
Коэффициент обогащения для тарелки
где АС и ВС - отрезки определяющие расстояние от кривой равновесия до рабочей линии и от кривой равновесия до кинетической кривой соответственно при этом на кривой равновесия находятся точки С а на кинетической кривой – точки В.
Число тарелок для всей колонны определяем графически в результате построения прямоугольных треугольников (ломаной ступенчатой линии) между кинетической кривой и рабочими линиями верхней и нижней частей колонны. При таком построении горизонтальная линия между кинетической кривой и рабочей точкой на диаграмме у-х представляет фактическое изменение концентрации спирта в жидкой фазе на одной тарелке а вертикальная линия – фактическое изменение концентрации спирта в паровой фазе на той же тарелке. Число пересечений кинетической кривой соответствует числу тарелок.
Результат компьютерного расчёта (приложение В) дал =36; =3.
Согласно рекомендациям [8] питание подаётся на 28 тарелку.
Общее сопротивление колонны:
Определяем высоту аппарата без опоры:
где - высота тарельчатой части;
- высота сепарационного пространства над верхней тарелкой =08 м [6];
- высота кубовой части =2 м [6].
где - количество тарелок
- расстояние между тарелками.
Расчёт ведётся согласно по методике приведённой в [57].
где - объёмный расход соответствующей среды м3с; - скорость движения среды мс.
Плотность среды определяется согласно выражению (2.28) при соответствующих температурных характеристиках.
)Диаметр штуцера для ввода исходной смеси
где =08-15 мс [5]; принимаем =15 мс;
Принимаем dу=25 мм [4].
)Диаметр штуцера для ввода флегмы:
Принимаем dу=80 мм [4].
)Диаметр штуцера для отвода кубовой жидкости из колонны:
Принимаем dу=100 мм [4].
)Диаметр штуцера для подвода пара из кипятильника:
где =10-20 мс [3]; принимаем =20 мс.
Принимаем dу=350 мм [4].
)Диаметр штуцера для отвода пара из верхней части колонны:
Принимаем dу=250 мм [4].
Расчёт ведётся согласно по методике приведённой в [57810].
Дефлегматор эпюрационной колонны
где К=800 Втм2×К [7].
Принимаем дефлегматор с F = 40 м2 [8].
Куб – испаритель эпюрационной колонны
где К=800 Втм2×К [7]; ΔtCP=200С.
Принимаем 2 испарителя с F = 25 м2 [8].
Выбор насоса для подачи флегмы в эпюрационную колонну
Скорость движения жидкости в трубопроводе
Принимаем что трубопровод стальной коррозия небольшая абсолютная шероховатость трубы Δ=018·10-3 м .
Расчитаем критерий Рейнольдса
Коэффициент трения рассчитывается по формуле:
Коэффициенты местных сопротивлений:
Прямоточные вентили для d=005 м =06·091=0546;
Нормальный вентиль для d=005 м =48.
Сумма коэффициентов местных сопротивлений:
Потери напора рассчитаем по формуле:
Напор насоса рассчитаем по формуле:
где Р2 і Р1 – перепад давлений в аппарате и трубопроводе (избыточное давление в аппарате);
Нr – высота подъема жидкости;
Данные характеристики соответствуют осевому насосу ОГ 8-25 с подачей
Н= 80 м(данный насос располагается на два этажа ниже места входа флегмы в колону)
N= 2415 1с – частота вращения вала
РАСЧЕТЫ НА ПРОЧНОСТЬ ЖЕСТКОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ
Расчёт ведётся согласно по методике приведённой в [412].
Рис. 3.1 - Эскиз цилиндрической обечайки
Расчетная температура стенки корпуса аппарата равна наибольшей температуре среды в аппарате: tр=tmax=110 0C.
Определяем допускаемое напряжение в рабочих условиях:
где * - нормативное допускаемое напряжение для стали 12Х18Н10Т при расчетной температуре [12]; *=152 МПа;
- поправочный коэффициент учитывающий вид заготовки; для листового проката =10.
При гидравлических испытаниях:
где - предел текучести материала при 20 0С; для стали 12Х18Н10Т =240 МПа [4].
Пробное давление при гидравлическом испытании (-максимальное внутреннее избыточное давление возникающее в аппарате при нормальном протекании процесса; максимальное значение давления согласно задания =012 МПа):
где - допускаемое напряжение материала при температуре 20 0С; для стали 12Х18Н10Т =160 МПа [12].
Прибавка к расчетным толщинам конструктивных элементов для стали 12Х18Н10Т в заданных рабочих условиях:
где - прибавка на компенсацию коррозии и эрозии;
- прибавка на компенсацию минусового допуска; для листового проката =04 мм;
- технологическая прибавка; =0.
где - проницаемость материала; для стали 12Х18Н10Т =01 ммгод;
- срок службы аппарата; =10 лет.
Определяем исполнительную толщину стенки цилиндрической обечайки:
где - расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки.
где - внутренний диаметр обечайки;
- коэффициент прочности сварных соединений; для полуавтоматической дуговой электросварки =09.
Согласно рекомендациям [6] принимаем исполнительную толщину стенки обечайки S=5мм.
Проверяем условие применимости формул:
- условие выполняется.
Определяем допускаемое внутреннее избыточное давление в рабочих условиях:
Определяем допускаемое внутреннее избыточное давление в условиях гидравлических испытаний:
Рис. 3.2 – Эскиз эллиптического днища
Определяем исполнительную толщину стенки крышки:
где - расчетная толщина стенки крышки.
Согласно рекомендациям [6] принимаем исполнительную толщину стенки эллиптического днища =5 мм.
Определяем допускаемое внутреннее избыточное давление для крышки в рабочих условиях:
Определяем допускаемое внутреннее избыточное давление для крышки в условиях гидравлических испытаний:
Расчёт ведётся согласно по методике приведённой в [4].
Согласно рекомендациям [2 гл.13] принимаем фланцы плоские приварные с гладкой уплотнительной поверхностью из стали 20К с защитной накладкой из стали 12Х18Н10Т. Материал прокладки - фторопласт 4. Материал болтов - сталь 35.
Расчет фланцевого соединения выполняем при помощи ЭВМ. Результаты расчета приведены в приложении Г.
По результатам расчета принимаем фланцы со следующими параметрами: Dф=1730 мм Dб=1690 мм D=1600 мм Dп=1620 мм h=35 мм d0=23 мм z=60.
Рис. 3.3 - Схема к расчету фланцевого соединения
Расчёт ведётся согласно по методике приведённой в [12].
Определяем весовые характеристики колонны на основании предварительной конструктивной разработки аппарата.
Определяем силу тяжести аппарата:
где - масса колонны кг; - ускорение свободного падения мс2.
где - масса соответственно днища (крышки) корпуса обечайки тарелки и фланца кг.
Масса обечайки корпуса
где - внутренний диаметр аппарата м;
- высота цилиндрической части аппарата м;
- толщина стенки обечайки м;
- плотность материала корпуса кгм3; =7900 кгм3 [3].
Примем значение массы на 10% больше полученной с учётом массы технологических штуцеров и трубопроводной арматуры обвязывающей колонну.
Определяем силу тяжести воды при гидравлическом испытании:
где - объем днища м3; =0586 м3 [3];
- удельный вес жидкости Нм3; =10000 Нм3;
Определяем максимальную силу тяжести колонны:
Определяем минимальную силу тяжести колонны (без жидкости):
Определяем максимальную и минимальную приведенные нагрузки:
где - ветровой момент; для данного случая =0 так как колонна установлена в помещении;
По ОСТ 20-467-78 [4] выбираем опору: 1-1600-63-32-1200 которая имеет следующие параметры:
Таблица 3.1 Основные размеры опоры
Рис. 3.4 – Опора эпюрационной колонны
МОНТАЖ И РЕМОНТ ЭПЮРАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
Правильность выбора метода и способа установки оборудования определяет трудоемкость сроки экономические показатели и степень безопасности проведения этих работ. Ниже приводятся основные методы монтажа применяемые в настоящее время.
Метод последовательного монтажа по месту из отдельных деталей и узлов. При этом методе монтажа начинают с установки базовой детали (или узла) к которой в последовательности обусловленной конструкцией аппарата или механизма подсоединяют остальные детали и узлы. Метод этот прост не требует мощного такелажного оборудования но трудоемок отнимает много времени и неэкономичен. В настоящее время когда монтажные организации хорошо оснащены самой разнообразной техникой применение его может быть оправдано только в исключительных случаях.
Метод монтажа укрупненными блоками. Этот метод находит сейчас самое широкое применение и является основным при монтаже тяжелого оборудования. Преимущество его в том что укрупнительную сборку узлов в блоки можно производить в стороне от места установки аппарата или механизма на специально оборудованных площадках или в при объектных мастерских с широким применением механизированного инструмента и специальных приспособлений. Кроме того укрупнительная сборка может производиться заблаговременно или параллельно с монтажом аппарата или механизма. При этом способе заметно снижаются трудовые затраты и резко уменьшается общая продолжительность монтажа.
Метод этот требует наличия в зоне установки аппарата или механизма достаточно мощных грузоподъемных средств.
Метод монтажа аппаратов и механизмов в полностью собранном виде. Этот метод экономически наиболее выгоден так как полностью исключает производство работ на высоте и устройство лесов и подмостей. Однако для его применения необходимо иметь грузоподъемные средства способные поднять полностью собранное оборудование.
В тех случаях когда для осуществления монтажа этим методом требуется создание специальных порой уникальных грузоподъемных механизмов целесообразность применения этого метода следует проверить расчетом. Экономия получаемая от применения этого метода должна перекрывать затраты связанные с изготовлением специальных грузоподъемных средств.
В тех случаях когда вес полностью собранного оборудования не превышает грузоподъемности имеющихся в наличии кранов метод монтажа оборудования в полностью собранном виде должен применяться безусловно.
Установку оборудования на фундамент по выбранному методу можно осуществить различными способами и с использованием различных грузоподъемных механизмов.
Способ наращивания. Монтаж ведется начиная с нижней части аппарата или механизма путем последовательного наращивания вышерасположенных частей аппарата или механизма. Этот способ требует устройства лесов и подмостей так как по мере наращивания оборудования работы приходится производить на все большей и большей высоте. Способ этот наиболее характерен для метода последовательного монтажа из отдельных деталей и узлов и применяется также при монтаже укрупненными блоками.
Способ подращивания. При этом способе монтаж ведется начиная с верхней части аппарата или механизма. Смонтированную часть поднимают на высоту достаточную для установки под ней нижележащей части после чего обе части стыкуют производят снова подъем смонтированной части оборудования на необходимую высоту и так до полной сборки всего аппарата или механизма. Способ этот обладает тем преимуществом что все работы производятся внизу и нет необходимости устраивать леса и подмости. Для своего осуществления способ требует наличия механизмов грузоподъемность которых не меньше веса полностью собранного аппарата или механизма.
Способ установки поворотом. Этот способ может быть осуществлен не только при помощи мачт и порталов но и при помощи стреловых кранов и трубоукладчиков и часто применяется наряду с другими способами при монтаже вертикальных аппаратов в полностью собранном виде.
Потребная грузоподъемность механизмов при этом способе может оказаться значительно меньше веса аппарата особенно если центр тяжести аппарата расположен близко к основанию.
Способ установки подъемом с подтаскиванием нижней части аппарата к фундаменту в процессе подъема. При этом способе аппарат поднимают за верхний конец а нижний конец уложенный на салазки подтягивают в процессе подъема при помощи трактора или лебедки так чтобы грузовые полиспасты все время располагались вертикально. Этот способ применяется при монтаже полностью собранных аппаратов.
Способ установки подъемом в горизонтальном или наклонном положении с последующим поворотом аппарата. При этом способе строповка аппарата производится за цапфы или ложные штуцера расположенные чуть выше центра тяжести аппарата. При подъеме аппарат удерживают в горизонтальном положении при помощи оттяжки и вспомогательной лебедки. После подъема аппарата на необходимую высоту оттяжки ослабляется аппарат занимает вертикальное положение и опускается на фундамент в проектное положение. Область применения этого способа монтажа оборудования та же что и предыдущего способа.
Способ установки подъемом с последующим переводом аппарата к месту установки путем поворота или изменения вылета стрелы крана перемещением крана либо наклоном мачты или портала. Этот метод является основным при использовании стреловых кранов и часто применяется при использовании мачт и порталов. Хотя установка качающихся мачт и порталов более сложна и трудоемка чем неподвижных но при этом отпадает необходимость затаскивания аппарата на фундамент и производить подготовительные работы можно в стороне от фундамента на ровном месте что полностью оправдывает дополнительные работы по установке качающихся мачт и порталов. Этот способ применим как для горизонтальных так и для вертикальных аппаратов.
Способ установки натаскиванием на фундамент тракторами или лебедками по наклонным плоскостям. Применяется при монтаже горизонтальных аппаратов монтируемых на невысоких фундаментах и является основным способом при монтаже цилиндрических горизонтальных аппаратов и вспомогательным при подготовке к установке на фундамент вертикальных цилиндрических; аппаратов.
Способ установки оборудования с подъемом при помощи домкратов на шпальные клетки с последующей надвижкой на фундамент. Этот способ применяется при монтаже горизонтальных аппаратов и механизмов на невысокие фундаменты в случае отсутствия иных возможностей.
Этим перечислением не исчерпываются все возможные способы монтажа и установки оборудования на фундамент. С совершенствованием техники появляются принципиально новые методы монтажа как например способ монтажа с применением вертолетов.
Для бражной колонны применим метод монтажа укрупненными блоками и способ наращивания с помощью мостового крана расположенного в цехе. В цех царги подаются автотранспортом собираются на месте в укрупненные блоки а дальнейшая сборка идет на высоте.
Регулирование вертикальности оси колонны состоящей из отдельных царг на прокладках в некоторых пределах можно производить подтяжкой болтов на выпученной стороне в пределах упругости прокладок.
При горизонтальном положении аппарата тарелки устанавливают строго вертикально; их положение проверяют по отвесу. Значительно легче обеспечить строгое горизонтальное положение тарелок в уже установленном выверенном и закрепленном на фундаменте корпусе аппарата; в этом случае достаточной точности добиваются либо с помощью уровня либо заливая на поверхность тарелки воду.
Порядок монтажа тарелок снизу вверх; такой порядок обеспечивает больший простор работающим внутри колонны рабочим позволяет сократить число временных подмостей и производить проверку тарелок на барботаж при последовательном креплении люков также снизу вверх.
Технология регулирования барботажа тарелок заключается в следующем. Тарелку заливают водой так чтобы избыточное количество воды сливалось через сливные устройства. Слив по всему периметру должен быть одинаковым поэтому предусматривается возможность его регулирования.
Колпачки обычно регулируют по высоте так чтобы верхний край их прорезей был погружен в жидкость на глубину 20-50 мм в зависимости от режима работы.
Колонны испытываются гидравлическим или пневматическим способом. Величина испытательного давления при гидравлическом способе принимается равной 15 рабочего но не ниже 2 ат для колонн работающих при давлении до 5 ат. Для колонн работающих при давлении более 5 ат испытательное давление должно превышать рабочее на 25% но не менее чем на 3 ат. Колонны работающие под вакуумом испытываются избыточным давлением 2 ат. Колонны работающие при температурах свыше 400°С испытываются давлением равным 15 рабочего.
После монтажа и гидравлического или пневматического испытания проводится подготовка установки к пуску. Помещение цеха тщательно убирают из цеха удаляют посторонние предметы и все оборудование для гидравлического и пневматического испытания кроме инструментов; проводят маркировку запорной арматуры на коллекторе пара и воды пробных холодильников контрольно-измерительных приборов фонарей. Контрольно-измерительные приборы (в том числе и контрольные снаряды для спирта) проверяют и тарируют.
Все оборудование тщательно промывают остатки воды выпускают через дренажные устройства (спускные краны).
Проверяют правильность установки сливных стаканов в бражных колоннах с одноколпачковыми тарелками плотность закрытия всех люков и лазов на колоннах и вспомогательном оборудовании уплотнения крышек дефлегматоров конденсаторов и другого теплообменного оборудования. Проверяют исправность и легкость открытия запорной арматуры. Еще раз проверяют соответствие трубопроводов монтажной схеме; обращают внимание на то чтобы не было местных понижений трубопроводов образующих «мешки» па горизонтальных участках.
Вначале установку пускают на воде и паре (пароводяное испытание).
После проверки работы колонн на паре и моде и устранения замеченных недостатков переходят на обогрев колонн через испарители при их наличии.
Работа установки в процессе испытании на паре и воде должна длиться >8 ч при условии полного устранении всех дефектов. В ходе испытаний выявляют и устраняют ве дефекты монтажа а внутреннюю поверхность всех элементом установки и коммуникаций пропаривают и промывают.
Работа установки на воде и паре считается нормальной если нет течи установка работает спокойно давление в колоннах удерживается устойчиво жидкость во все фонари и пробные холодильники поступает плавно и легко поддается регулировке уровень жидкости в кубовой части колонн поддерживается постоянным.
Ректификационные установки размещают в обособленном здании или части его огражденной от остальной части здания капитальной стеной. Помещение должно отвечать требованиям пожарной безопасности в соответствии с СНиП II-M.2—72 предъявляемым к производствам категории А и помещениям класса В-1а. Архитектурно-строительные решения и конструкции здания ректификационного отделения должны соответствовать СНиП II-A.5— 70 и СНиП II-M.2—72.
Помещения ректификационного отделения должны быть оборудованы стационарными установками пожаротушения (согласно С-П-Г.1—70 СНиП П-31—74 и Перечню зданий и помещений объектов спиртовой и ликерно-водочной промышленности) пожарным водопроводом пожарным паропроводом ящиками с песком и лопатами войлочным или асбестовым полотном огнетушителями типа ОХП и ОУ.
Помещение должно иметь хорошую естественную вентиляцию механическую приточно-вытяжную и аварийную вентиляцию. Согласно СНиП П-33—75 аварийная вентиляция с механическим побуждением должна обеспечивать 8—10-кратный воздухообмен в час в дополнение к воздухообмену создаваемому системой основной вентиляции.
Аварийная вентиляция должна быть сблокирована с сигнализатором СГГ автоматически включающим аварийную вентиляцию в помещении при достижении 50% ПДК. Автоматические сигнализаторы блокируются с устройствами для световой и звуковой сигнализации.
Электрооборудование должно соответствовать требованиям ПУЭ и ВИВРЭ. Осветительная и силовая электропроводка должна быть выполнена с соблюдением правил взрывобезопасности.
Для предупреждения искрового разряда необходимо обеспечить мероприятия по защите от статического электричества в соответствии с ПУЭ.
Металлическое и электропроводное неэлектрическое оборудование трубопроводы вентиляционные проходы и кожухи термоизоляции трубопроводов и аппаратов должны представлять собой ла всем протяжении непрерывную электрическую цепь которая в пределах помещения ректификации должна быть присоединена к контуру заземления не менее чем в двух точках. Фланцевые соединения на болтах не должны иметь диэлектрических шайб.
В помещении ректификационного отделения должны быть предусмотрены: напорная емкость с получасовым запасом воды на случай прекращения подачи ее из водопроводной сети аварийное освещение и телефонная связь.
Двери ректификационного отделения должны быть огнестойкими пропитаны антипиренами и иметь огнестойкость не менее 075 ч. Здание должно иметь молниезащиту в соответствии с СН 305—77 которая должна быть осуществлена по I категории. Перед входом в отделение должны быть знаки безопасности в соответствии с ГОСТ 12.4-026—76.
При размещении аппаратуры вне помещений все контрольно-измерительные приборы и средства управления устанавливают внутри рядом расположенного специального помещения.
Размещение аппаратуры вне помещения целесообразно при больших диаметрах и высотах колонн полном обеспечении дистанционным контролем управлением и автоматическим регулированием.
По высоте здания сырцевые ректификационные установки и установки периодического действия для ректификации спирта-сырца размещаются на трех этажах; непрерывнодействующие установки для ректификации спирта-сырца и брагоректификационные обычно занимают 4 этажаа а иногда и 6-7 (при большой высоте колонн).
На первом этаже располагают фундаменты под бражную спиртовую и сивушную колонны и нижние части колонн регуляторы для отвода барды и лютерной воды насосы сборники лютерной воды и барды (иногда) холодильники спирта и ГФ сборники сивушного масла коллектор пара. При закрытом обогреве колонн на первом этаже размещают испарители колонн и сборник конденсата пара. К первому этажу ректификационного отделения обычно примыкает спиртоприемное отделение которое размещается в одноэтажном здании.
На втором этаже на отметке 4—6 м располагается основное рабочее место аппаратчика где сосредоточены все контрольно-измерительные приборы регулирующие устройства вспомогательное оборудование и коллектор воды. Иногда на втором или даже на третьем этаже располагают холодильники спирта и ГФ. Рабочее место аппаратчика должно быть со стороны окон что обеспечивает хорошее естественное освещение всей аппаратуры.
Третий (а при большой высоте колонн и четвертый) этаж на отметке 10—12 м (или 18 м) обычно делается в виде промежуточной площадки которую используют в основном при ремонте и осмотре колонн установке конденсаторов паров сивушной фракции. Иногда на ней устанавливают сборники дефлегматорной воды холодильники спирта и головной фракции.
Четвертый этаж на отметке 16—18 м (а иногда пятый на отметке 22—24 м) занимает теплообменная аппаратура (подогреватели бражки дефлегматоры конденсаторы спиртоловушки) пе-ноловушки бражных колонн сепараторы СОг. Здесь же располагают напорный сборник лютерной воды спирта-сырца верхние вакуум-прерыватели.
При установке водонапорных емкостей в помещении ректификационного отделения их размещают в верхнем этаже на 5—8 м выше площадки на которой установлены дефлегматоры.
Необходимую площадь ректификационного отделения определяют на основании компоновки оборудования наиболее насыщенного оборудованием этажа.
Колонны размещаются в один или два ряда. Чаще всего для установки колонн в межэтажном перекрытии делается один общий проем (центральный или боковой) в котором устанавливаются все или большинство колонн. Целесообразно делать проемы в перекрытиях всех этажей они необходимы как для монтажа оборудования так и для естественной вентиляции. Над верхним этажом должен быть вентиляционный фонарь или дефлекторы.
При компоновке оборудования необходимо учитывать в первую очередь удобство обсуживания; длина трубопроводов должна быть минимальной.
Расстояние между центрами колонн при установке их в один ряд может быть принято 2—25 диаметра колонны. При установке колонн по углам проема расстояния между ними увеличивают до 25—3 диаметров. Минимальное расстояние от стены до центра колонны следует принимать не менее 15 диаметра (но не менее 15 м). Исключение могут составлять колонны малого диаметра. Холодильники сепараторы вакуум-прерыватели и другое малогабаритное оборудование может крепиться к стенам здания на кронштейнах.
Коллектор для пара целесообразно разместить под полом второго этажа а коллектор воды — у стены на расстоянии 10—12 м над уровнем пола второго этажа. Пробные холодильники и вакуум-прерыватели устанавливают в удобном для обслуживания месте вблизи колонн. Манометрические трубки могут быть вынесены и сосредоточены в одном месте (на общем щите).
Фонари для спирта и побочных продуктов целесообразно сосредоточить в одном месте хорошо освещенном дневным светом вблизи рабочего места аппаратчика.
Нижний видимый обрез стеклянного фонаря должен быть на 70 см выше входного штуцера соответствующего контрольного снаряда.
Контрольные снаряды устанавливают в светлом сухом месте удаленном от колонн и другой теплоизлучающей аппаратуры с разрывами между ними 06—08 м и расстоянием до стены ис менее 06 м на высоте 07—08 м от пола с соблюдением условий предусмотренных Инструкцией эксплуатации спиртоизмеряющих средств. При компоновке теплообменной аппаратуры необходимо учитывать возможность ее чистки.
Важным моментом при компоновке дефлегматоров и бражных подогревателей является правильный выбор расстояния между ними и соответствующими колоннами. Колено между колонной и дефлегматором желательно делать с плавным переходом (сварное из секторов) но можно и под прямым углом. Минимальная длина горизонтального участка трубы ориентировочно может быть принята равной 5—7 диаметрам (но не менее 1 м).
При размещении ректификационных установок внутри здания компоновка и размеры помещения зависят в основном от числа колонн и производительности устанонки.
К помещению ректификационного отделения по всей высоте должна примыкать лестничная клетка и желательно с лифтом.
При компоновке оборудования брагоректификационного отделения особо тщательно необходимо подходить к размещению аппаратуры по вертикали.
При наличии в установке элементов работающих под разрежением удаление жидкости из них как правило осуществляется за счет работы насоса. Если же позволяет высота то эвакуация жидкости может осуществляться с помощью барометрической трубы. При этом следует учитывать что разность уровней точки отбора жидкости и вывода ее в атмосферу (в м) должна быть необходимо иметь разность высот между штуцером отбора ректификованного спирта из колонны и уровнем истечения спирта в фонаре не менее 8 м в противном случае малая скорость истечения спирта в фонарь может лимитировать производительность спиртовой колонны.
Минимальная высота фундамента спиртовой колонны может быть 06 м однако при этом следует учесть: условия обогрева колонны наличие колонны окончательной очистки способ отбора сивушной фракции и сивушного спирта расстояние от подошвы колонны до тарелки питания установку экстрактора сивушного масла. При закрытом обогреве колонн с помощью выносных вертикальных испарителей фундамент колонны должен быть увеличен как минимум до 25—27 м. Установка колонны окончательной очистки отбор сивушной фракции из колонны в виде жидкости отбор сивушного спирта также требуют более высокого фундамента чтобы обеспечить самотек продуктов из спиртовой колонны в соответствующие элементы установки. С другой стороны при отсутствии сивушной колонны и отметке пола II этажа -Мм при высоком фундаменте спиртовой колонны не удается обеспечить регулярный сброс подсивушной промывной воды из экстрактора сивушного масла установленного на отметке +4 м в спиртовую колонну.
Диаметр цоколя фундамента обычно принимается равным D + 400 мм где D — диаметр колонны мм.
Установка эпюрационной колонны зависит в основном от положения штуцера на тарелке питания спиртовой колонны. Разность в отметках между штуцером выхода эпюрата из куба эпюрационной колонны и штуцером ввода эпюрата на тарелке питания спиртовой колонны должна быть р+15 м (где р —разность рабочих давлений на тарелке питания спиртовой колонны и в кубе эпюрационной колонны м вод. ст.) и практически должна составлять не менее 3—35 м а при установке ротаметра на трубопроводе эпюрата или промежуточного сборника эпюрата — не менее 35—40 м.
Положение сивушной колонны по высоте должно быть строго увязано со спиртовой колонной и экстрактором сивушного масла. При установке сивушной колонны сивушная фракция из спиртовой колонны отбирается как правило в виде жидкости поэтому штуцеры для отбора ее должны быть по крайней мере на 15 м выше штуцеров для ввода ее в сивушную колонну. Меньшая разница в отметках исключает возможность регулярного отбора сивушной фракции из спиртрвой колонны или повышения давления в сивушной колонне до необходимого.
Колонна окончательной очистки ориентируется по спиртовой колонне. Штуцер на тарелке питания колонны окончательной очистки должен быть расположен не менее чем на 2--25 м ниже штуцера отбора спирта из спиртовой колонны. В случае низкой установки спиртовой колонны а следовательно и колонны окончательной очистки холодильник спирта следует размещать на I этаже.
Колонну разгонки ГФ целесообразно устанавливать так чтобы штуцер выхода кубовой жидкости и нее был на 25—3 м выше тринадцатой тарелки бражной колонны. Последнее условие дает возможность сбрасывать кубовую жидкость в бражную колонну. Если такое условие не выдержать ю необходимо устанавливать эжектор или сбрасывать кубовую жидкость из разгонной колонны в бражку.
Невертикалыюсть колонн допускаемая при установке 01% высоты но не более 15 мм на всю высоту колонны. арелки (ситчатой или многоколпачковой) должен быть плоским местные вспучины и кривизны не должны превышать 2 мм. Отклонение верхних торцов сливных стаканов или сливных порогов относительно тарелки допускается не более ±2 мм. Перекос колпачков относительно плоскости тарелки замеряемой от верха прорезей не должен превышать ± 1 мм.
Горизонтальность колпачковых тарелок проверяется по наливу воды на верхнюю тарелку царги а ситчатых — по уровню в двух перпендикулярных направлениях.
Монтаж ректификационной установки следует вести в полном соответствии с монтажной схемой. При разработке ее особое внимание должно быть обращено на подбор запорной арматуры. На горячих продуктопроводах рекомендуется ставить исключительно бронзовые пробковые фланцевые краны с сальниковым уплотнением. На линии подачи бражки отвода барды и лютерной воды из колонны могут быть поставлены бронзовые задвижки при диаметре трубопроводов >100 мм или пробковые краны при меньших диаметрах.'
На коммуникациях подачи воды при больших диаметрах трубопроводов устанавливаются чугунные фланцевые вентили или задвижки на трубопроводах малого диаметра (40 мм) могут быть установлены муфтовые вентили или краны. Па паровых коммуникациях устанавливают вентили.
При определении сечения трубопроводов исходя г из следующих допустимых скоростей (в мс): вода в самотечных трубопроводах (из напорного сборника) 05—30; вода на всасывающей стороне насоса 075—1; вода на нагнетательной стороне насоса— 125—25; бражка зерно-картофельная на всасывающей стороне насоса — 03—05; бражка мелассная на всасывающей стороне насоса 05—075; бражка зерно-картофельная на нагнетательной линиях подачи сивушной фракции и сивушного масла головной фракции и ее концентрата целесообразно ставить бессальниковые вентили футерованные фторопластом.
Гидравлические затворы в нижней точке должны иметь спускные (дренажные) краны или штуцера с заглушками. П-образные изгибы труб для воды и других жидкостей должны иметь в наивысших точках воздушники для автоматического выпуска скопившихся в трубопроводе воздуха паров или газов. В том случае если вместе с паром газом или воздухом могут увлекаться пары спирта воздушник подсоединяют к спирто-ловушке.
После монтажа ректификационная установка подлежит проверке и испытанию на герметичность как по отдельным элементам так и в целом. Особенно тщательно должен быть выполнен монтаж (уплотнение) элементов установки работающих под разрежением так как обнаружить неплотности в них значительно сложней чем в элементах работающих при избыточном давлении.
Емкости и аппараты испытывают на плотность и прочность насосы и вакуум-насосы после тщательной ревизии испытывают вхолостую и под нагрузкой.
После гидравлического или пневматического испытания устраняют все неплотности и проводят испытание оборудования под нагрузкой т. е. проверяют работу установки сначала на водяном паре а затем на бражке или спирте-сырце.
Колонны трубопроводы греющего пара горячие продуктопроводы (кроме продуктов идущих на охлаждение) имеющие температуру стенки выше 45°С обязательно покрывают тепловой изоляцией. Толщина слоя тепловой изоляции определяется на основе технико-экономического расчета или по нормативам. Ориентировочно Испытание паровых водяных коммуникаций испарителя барды испарителей и сборника конденсата и других аппаратов работающих под избыточным давлением выполняется в строгом соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды и Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов работающих под давлением
По нормам охраны труда и техники безопасности температура стенки изоляции аппарата должна быть 35 °С а паропроводов — не выше 45 °С.
Техническое обслуживание. Осмотр состояния всех соединений корпуса арматуры люков тарелок контрольно-измерительных приборов; очистка внутренних поверхностей тарелок барботёра куба; проверка состояния и при необходимости замена изношенных деталей уплотнений; сборка проверка герметичности.
Ремонт текущий первый. Выполняются все работы ТО и кроме того производятся промывка внутренних поверхностей; ремонт или замена изношенных арматуры тарелок стоек тарелок стаканов царг фланцевых соединений; замена изношенных прокладок крепежных изделий; ремонт теплоизоляции; сборка испытание покраска.
Ремонт текущий второй. Выполняются все работы Т и кроме того производятся разборка и демонтаж всей колонны; проверка толщины стенок методом неразрушающей дефектоскопии; полная замена теплоизоляции. Дефлегматоры конденсаторы холодильники
Характер износа. Большинство колонных аппаратов работает при высокой температуре под давлением или в вакууме и содержит огне- и взрывоопасные среды. Корпуса колонных аппаратов и их внутренние устройства могут изнашиваться в результате коррозионного эрозионного и термического воздействия среды. Скорость износа зависит от многих факторов и в первую очередь — от физико-химических свойств среды условий ведения процесса конструктивного исполнения и качества металла корпуса применения соответствующих ингибиторов коррозии.
Стоимость колонн обычно очень высока демонтаж и монтаж их — кропотливый трудоемкий и продолжительный процесс. Смена колонных аппаратов производится в подавляющем большинстве случаев вследствие износа корпусов. Поэтому при эксплуатации необходимо принять надежные меры для предохранения корпусов от преждевременного износа. Коррозионная стойкость корпусов ректификационных колонн должна быть не выше семи баллов при оценке по десятибалльной шкале а в случае колонн больших диаметра и высоты — не выше пяти баллов т. е. скорость коррозии не должна превышать 01 ммгод.
Колонные аппараты подвержены коррозии различных видов. Она охватывает всю поверхность корпуса или отдельные ее участки. Так в ректификационных колоннах нефтеперерабатывающих заводов химической коррозии подвергаются в основном участки работающие в условиях повышенных температур. Агрессивными составляющими сред в колоннах являются сернистые соединения и продукты их разложения содержащиеся в нефтях нафтеновые кислоты а также соли буровых вод не отстоявшихся в дегидраторах.
Электрохимической коррозии подвержены участки ректификационных колонн на которых возможны образование гальванических пар и возникновение коррозионного электрического тока. Такая коррозия в частности наблюдается в верхней части ректификационных колонн атмосферных установок для переработки нефти где вместе с парами углеводородов интенсивно конденсируются водяные пары. Вода гидролизует содержащиеся в сырье и дистиллятах хлориды магния и кальция; получающийся в результате хлористый водород образует в водной среде электролит — соляную кислоту.
Эрозионный износ корпусов колонн является следствием воздействия сильных струй жидкости и паровых потоков содержащих абразивные включения. Участки корпусов подверженные эрозии защищают протекторами и специальными устройствами уменьшающими кинетическую энергию струй жидкости и пара (улиты маточники и т. д.).
Износ колонных аппаратов опасен не только из-за нарушения их прочности; образовавшиеся продукты коррозии могут закупорить или загрязнить трубопроводы небольшого сечения теплообменники и конденсаторы.
Подготовка колонных аппаратов к ремонту. Колонные аппараты ремонтируют при планово-предупредительных ремонтах технологической установки. Порядок подготовки аппарата к ремонту и проведения ремонтных работ зависит от особенностей установки.
В большинстве случаев колонные аппараты готовят к ремонту следующим образом. Доводят давление в колонне до атмосферного из аппарата удаляют рабочую среду после чего его пропаривают водяным паром который вытесняет оставшиеся в колонне пары и газы. После пропарки колонну промывают водой. В некоторых случаях пропарку и промывку чередуют несколько раз. Время операций оговаривается в производственной инструкции (технологическом регламенте) каждой технологической установки или технологического блока.
Промывка колонн водой способствует также более быстрому их остыванию. Нельзя приступать к ремонтным работам если температура промывной воды превышает 50 °С.
Пропаренную и промытую колонну отсоединяют от всех аппаратов и коммуникаций глухими заглушками устанавливаемыми во фланцевых соединениях штуцеров. Установку каждой заглушки и последующее ее снятие регистрируют в специальном журнале.
Технология ремонта. Ремонт аппарата начинают с его вскрытия которое необходимо производить строго соблюдая следующие правила. Вначале открывают верхний люк причем перед этим в аппарат в течение некоторого времени подают водяной пар чтобы избежать возможного подсоса воздуха в результате которого может образоваться взрывоопасная смесь. Далее последовательно (сверху вниз) открывают остальные люки. Категорически запрещается одновременно открывать верхний и нижний люки. Нельзя также открывать сначала нижний а затем верхний люк так как вследствие разности температур происходит сильный приток воздуха в колонну что может привести к образованию взрывоопасной смеси. С целью сокращения продолжительности ремонтных работ еще при промывке колонны водой отворачивают частьтичности.
После открывания люков колонна некоторое время проветривается в результате естественной конвекции воздуха. Возможность ремонтных работ в болтов на тех люках которые будут вскрываться не нарушая при этом герме колонне устанавливают исходя из результатов лабораторного анализа пробы воздуха взятого из нее. Доступ людей в колонну возможен если концентрация углеводородов в пробе не превышает 300 мгм3 а содержание сероводорода—10 мгм3. Предельно допустимые концентрации других веществ указываются в технологической карте (технологическом регламенте) каждой установки блока или отделения. При работе внутри колонны необходимо тщательно соблюдать правила техники безопасности. Рабочий должен надевать предохранительный пояс с веревкой конец которой выводится наружу и надежно закрепляется; за работой находящегося внутри колонны рабочего постоянно наблюдает специально выделенный для этой цели рабочий. Продолжительность непрерывной работы в колонне должна быть не более 15 мин. После этого необходим такой же по продолжительности отдых вне колонны (обычно рабочий и наблюдатель меняются местами). При первых же признаках появления внутри ремонтируемого аппарата взрывоопасных горючих или токсичных жидкостей паров и газов всякую работу следует немедленно прекратить. подготовке колонны предъявляют особенно высокие требования в том случае если в ней должны производиться огневые (сварочные) работы. Участок колонны на котором производится сварка отделяется металлическими или пропитанными водой деревянными настилами накрытыми кошмой. Для освещения внутри колонны применяют лампы напряжением не более 12 В. Переносное освещение должно быть взрывобезопасным. Корпус колонны а также ее внутренние устройства подвергают тщательному осмотру. При необходимости осмотра всей поверхности корпуса разбирают внутренние устройства или их часть. Например в ректификационных колоннах для доступа к тарелкам на уровне которых люки отсутствуют разбирают проходы на тарелках лежащих выше. Выявление дефектов корпуса требующее высокой квалификации включает визуальный осмотр для определения общего состояния корпуса и участков подверженных наибольшему износу; измерение остаточной толщины корпуса с помощью ультразвуковых дефектоскопов путем микрометрирования и контрольного просверливания отверстий; проверку на плотность сварных швов и разъемных соединений и т. д.
По характеру обнаруженного дефекта устанавливают содержание и способ ремонта корпуса. Неплотные сварные швы вырубают зачищают и заваривают соответствующим электродом. Весьма важно правильное перекрывание нового и старого швов.
Изношенные штуцера и люки вырезают и заменяют новыми с обязательной установкой укрепляющих колец. Желательно чтобы укрепляющие кольца новых штуцеров имели несколько больший диаметр чем старые: это позволяет приваривать их в новом месте. Ремонту подвергают все штуцера сигнальные отверстия на укрепляющих кольцах которых во время эксплуатации были заглушены пробками.
При каждом ремонте измеряют фактическую толщину стенки корпуса эксплуатируемого колонного аппарата. Наиболее изношенные участки корпуса колонны вырезают а на их место ставят новый участок заранее свальцованный по радиусу колонны. Сварку производят встык. Вырезание больших участков корпуса может привести к ослаблению сечения и нарушению устойчивости. Поэтому до вырезания дефектного участка его укрепляют стойками проставляемыми внутри или снаружи (рисунок 4.1). Число и сечение стоек и размеры опорных лап рассчитывают исходя из условия равенства их сопротивлений сопротивлению вырезанного сечения.
Промежуточные обечайки легко заменяют следующим образом. Устанавливают подъемные мачты удерживающие верхнюю неповрежденную часть колонны отделяют эту часть от поврежденного участка газорезкой и опускают на землю. Поврежденную часть колонны стропят и с помощью тех же мачт опускают на землю. Заранее подготовленную новую часть колонны поднимают и стыкуют с нижней частью колонны затем поднимают верхнюю ее часть.
Рис. 4.1 . Усиление колонны в местах вырезаемых поясов:
а — внутренними стойками; б — наружными стойками; в — схема крепления стойки; 1 — лапа; 2 — стойка.
Очень часто учитывая трудоемкость таких замен участков корпуса признают целесообразной полную замену изношенной колонны. Демонтаж изношенной колонны производят в порядке обратном монтажу. После соответствующих проверок демонтируемая колонна может быть использована для установки монтажных мачт точно так же как новая колонна — для демонтажа.
Ремонт внутренних устройств.
При ремонте внутренние устройства колонн очищают от грязи кокса и других отложений. Твердую и тестообразную массу выгребают лопаточками или скребками-чистилками кокс удаляют с помощью пневматических отбойных молотков. Удаление отложений всегда сопровождается повышением концентрации вредных газов в колонне; в этот период внутри колонны рекомендуется работать в шланговых противогазах.
Ремонт внутренних устройств связан с многократным подъемом новых и спуском изношенных деталей; такие операции желательно механизировать. К верхней части корпуса колонны крепят поворотный или неподвижный кран-укосину (рисунок 4.2). Кран можно прикрепить также к стойкам центральных пилонов лестничных клетей. Электролебедку с электродвигателем во взрывобезопасном исполнении или пневмолебедку к крану-укосине устанавливают у основания колонны или на площадке которую обслуживает кран-укосина.
Определение износа и отбраковка внутренних устройств производятся согласно действующим методикам и нормам. Изношенные детали а иногда и целые узлы заменяют новыми.
Довольно трудоемкими являются операции связанные с разборкой закоксованных тарелок и отбойников. Сначала их освобождают от кокса механической чисткой (скребками) затем с помощью цепных талей подвешиваемых внутри колонны за надежные конструкции (например опорные балки) отдирают каждый элемент от места посадки. Для этой операции нельзя применять трос с лебедкой: за счет силы упругости троса вырванный элемент сильно отскакивает и может повредить колонну или причинить травму находящимся в колонне рабочим.
Рисунок 4.2 - Кран-укосина на корпусе аппарата:
— стойка; 2— кронштейн; 3 — блок; 4—ролик.
Касаткин А.Г.”Основные процессы и аппараты химической технологии” Москва”Химия” 1971г. - 784 с.
Справочник по производству спирта. Под ред. Яровенко В.А. Усмишникова Б.А. и др.: М. Легкая промышленность 1981.
Лащинский А.А. Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Л. 1976.
Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Л. «Машиностроение» 1981.
Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков П.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. К. «Химия» 1987.
Машины и аппараты химических производств. Примеры и задачи. Под общ. ред. Соколова Л.Н. 1982.
Основные процессы и аппараты химической технологии.: Пособие по проектированиюПод ред. Ю.И.Дытнерского.- М.: Химия 1991.
Цыганков П.С. Ректификационные установки спиртовой промышленности. М.: «Лёгкая и пищевая пром-сть» 1984. – 336
Технический регламент на производство спирта ректификованного из пищевых видов сырья (крахмалосодержащего и сахаросодержащего): К. ВНИИ ПД 1987.
Врагов А.П. Михайловский Я.Э. Оптимизационное проектирование ректификационных колонн с использованием ПЭВМ: Учебное пособие. – Сумы: Изд-во СумГУ 2000. – 65 с.
Методические рекомендации и контрольные задания для самостоятельной работы по курсу «Процессы и оборудование химических производств». Часть 2 Массообменные процессы и оборудование Сост.: А.П. Врагов Я.Э. Михайловский.-Сумы:Изд-во СумГУ 2002.-55с.
ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. - М.: Государственный комитет стандартов 1989. - 33с.
Фарамазов С. А. Ремонт и монтаж оборудования химических и нефтеперерабатывающих заводов. – 2-е изд. перераб. – М: «Химия» 1980. – 312 с. ил.
Макаревич В.А. Строительное проектирование химических предприятий. Учеб. пособие. М. “ Высш. школа” 1977.

Колонна эпюрационная.cdw

Аппарат предназначен для эпюрации бражного дистиллята
Максимальная допустимая рабочая температура стенки
Расчётная температура стенки
Наименование рабочей среды - этиловый спирт-сырец
Характеристика рабочей среды:
вредность - класс опасновти 4 по ГОСТ 12.1.007-76
максимальная температура
Группа аппарата по ОСТ 26291-94 1
Производительность установки 2000 далсутки
Расчётный срок службы аппарата
испытании и поставке аппарата должны
выполняться требования:
а) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное. Общие
требования безопасности";
б) ОСТ 26-291-94 "Сосуды и аппараты стальные сварные.
Технические требования."
в) ГОСТУ 3-17-191-2000 "Посудини та апарати стальнi зварнi.
Загальнi технiчнi умови
г) ДНАОП 0.00-1.07-94 "Правила устройства и безопасной
эксплуатации сосудов
работающих под давлением".
Монтаж аппарата произвести в соответсвии со СНИП 3.05.05-84.
Материал деталей колонны
соприкасающихся с разделяемыми
- сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-61
сталь Ст 3 ГОСТ 380-71.
Материал опоры - сталь В Ст 3 сп ГОСТ 380-71.
Материал прокладок - фторопласт 4 ГОСТ 10007-72.
Аппарат испытать на прочность гидравлически в горизонталь-
ном положении под давлением 0
в вертикальном положе-
Сварные соединения должны соответствовать требованиям
ОСТ 26-01-82-77 "Сварка в химическом машиностроении
Сварные швы корпуса контролировать УЗК ГОСТ 14782-76 или
рентгенопросвечиванием ГОСТ 7512-82 в объеме 100%.
недоступные контролю УЗК или рентгенопросвечиванием
контролировать в соответствии с отраслевой инструкцией
Покрытие наружной поверхности детали и сборочных единиц
выполненых из углеродистой стали
а также наружной и внутрен-
ней поверхности опоры
Временную противокоррозионную защиту выполнить в
соответстсвии с ГОСТ 9.014-78: наружных неокрашиваемых
поверхностей из углеродистой стали вариант временной защиты
ВЗ-4 (смазка пушечная 3Т55-5 ГОСТ 19537-83)
внутренней упаковки ВУ-0.
Скобы для крепления теплоизоляции расположить согласно
фиксирующие в плане главные оси и метки
стыков фланцевых разъемов выполнить в соответстсвии с
Действительное расположение штуцеров
Неуказанный вылет штуцеров 150 мм.
*Размеры для справок.
** Предельное отклонение на длину развёртки
Обозначение или способ
Электрод или сварочная
Колонна эпюрационная
Техническая характеристика
Выход пара из колонны
Для датчика температуры
Для датчика давления
Технические требования.
К водомерному стеклу
Таблица сварных швов

Спецификация (колонна) лист 1.CDW

Спецификация (люк).CDW