Потери напора для всех ректификационных колонн позволяют рассчитать необходимое повышение температуры кипения смеси в кубе колонны.(4.1)где ΔРс — сопротивление сухой тарелки, Па; ΔРж — сопротивление слоя жидкости, Па;ΔРб — сопротивление за счёт поверхностного натяжения жидкости, Па; (незначительно можно пренебречь).(4.2)где ω.- скорость пара в горловине колпачка, м/с; определяется по объемному расходу пара и свободному сечению тарелки, м2/c.(4.3)Верхняя часть аппарата Нижняячасть аппарата.
Сопротивление слоя жидкости (4.4)где hб- высота барботажногослоя жидкости на тарелке, м;ρж- плотность жидкости, кг/м3; q — ускорение свободного падения (g=9,8м/с2). hб=0,055 м.Верхняя часть аппарата Нижняя часть аппарата.
Полное гидравлическое сопротивление для верха и для низа колонны составляет:
Верхняя часть аппарата.
Нижняя часть аппарата5МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТЦель механического расчета ректификационной колонны является определение размеров отдельных частей и элементов колонны, которые удовлетворяли бы условиям технологической целесообразности, механической прочности и устойчивости.
5.1 Расчет толщины стенок и опоры аппарата.
Обечайка — это цилиндрический корпус аппарата, который работает, как правило, под избыточным внутренним или внешним давлением. Опоры для аппаратов в химической промышленности выбираются из расчета максимальной нагрузки, которую опора должна выдержать, во время испытания. Материал опоры выбирается в зависимости от температуры рабочей среды, емкости аппарата и т. д. Выберем сталь В Ст3 сп3 ГОСТ 380–71.Толщина стенки обечайки рассчитывается по уравнению:(5.1)где — давление в аппарате, МПа; - диаметр обечайки, мм; - предельно допускаемое напряжение для материала изготовления, МПа; - коэффициент прочности сварного шва, примем равным единице; - прибавка. — прибавка на коррозию и эрозию, примем 1,0 мм; - прибавка на минусовое отклонение по толщине листа, примем 0,7 мм; - технологическая прибавка, примем 0,51 мм. Предельно допускаемое напряжение для данного материала МПа.мм.По расчётам, толщина обечайки равняется 2,42, но по техническим требованиям толщина стенки должна составлять минимум 10 миллиметров [4]. Для подбора опор необходимо определить массу и нагрузку аппарата. Определение массы аппарата. Масса корпуса:(5.2)где Н — высота аппарата, м;π- геометрическая постоянная (π =3,14);D — диаметр колонны, м ;s — толщина стенки, м[4]; ρ - плотность стали, кг/м2[4]. кг. Масса крышки и днища:(5.3)где D — диаметр колонны, м ;s — толщина стенки, м[4]; ρ - плотность стали, кг/м3[4].
кг. Масса тарелок:(5.4)где N — действительное число тарелок;mm — масса одной тарелки, кг.кг.Масса воды при испытании:(5.5)где π - геометрическая постоянная (π =3,14);D — диаметр колонны, м;s — толщина стенки, м [4]; ρв — плотность воды, кг/м2[2]. кг. Массааппарата:(5.6)кгкгкг.
Переведем в МН:(5.7)где Мап- масса аппарата, кг;g — ускорение свободного падения (g=9,8м/с2). МНПодберем опору. Таблица 5.1 — Основные размеры цилиндрических опор для колонных аппаратов [4]Q, MHД, ммD1, ммD2, ммDб, ммS1, ммS2, ммS3, ммd2, ммdб, мм.
Число болтов, Zб0,412 001 002 005 001 517 321 697 624 064.
2Расчёт и подбор патрубков для подвода и отвода потоков, подбор фланцевых соединений.
Присоединение трубной арматуры к аппарату, а также технологических трубопроводов для подвода и отвода различных жидких и газообразных продуктов производиться с помощью штуцеров или вводных труб. По условиям работоспособности чаще всего применяются разъемные соединения (фланцевые штуцера).В химических аппаратах для разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения, преимущественно круглой формы. На фланцах присоединяются к аппаратам трубы, арматура и т. д.Диаметр условного прохода (внутренний диаметр) штуцеров для подвода и отвода продуктов рассчитывается на основе уравнения массового расхода и округляется до ближайшего стандартного значения.
Расчет диаметра патрубков для отвода и подвода проводится по уравнению:(5.7)где G- определенный расход, кг/с;π- геометрическая постоянная (π =3,14);ω - скорость движения маловязкой жидкости под давлением, м/с;ρ - плотность потока, при определенных условиях, определяется по формуле (17), кг/м3 .Вход исходной смеси:=0,0071кг/кг.
Тf=95,4˚, w=2м/с.Выход кубового остатка :0,38кг/кг.
Тw=109,6˚Cw=0,1м/сВходфлегмы:
0,012кг/кг.
Тp=81˚C, w=20м/с.(5.8)(5.9)где R — оптимальное флегмовое число;P — массовый расход продукта, кг/с.Выход пара:
Тр=81˚C, w=30м/с.(5.10)Выход жидкости из куба:
Тw=109,6˚C, w=1м/с, .(5.11)Вход пара:
Тw=109,6˚C, w=25м/с (5.12)Таблица 5.2-Размеры фланцевых штуцеров с внутреннем базовым давлением ОСТ 26−426−79 [4]. НазначениеDy, ммDf, ммDb, ммD, ммdн, ммh, ммdб, ммzs, мм.
Выход пара150 315 280 174 160 183 296,5Вход флегмы321 401 103 848 121 472.
Вход пара200 370 355 225 210 191 872,5Выход жидкости из куба802 051 709 785 141 632,5Выход кубового остатка125 260 225 148 135 145 472,5Вход исходной смеси321 401 103 848 121 472.
Для манометра2 510 075 603 381 243.
Для указателя уровня209 065 502 681 243.
Для установки уровнемера2 510 075 603 381 243.
Для термометра ртутного25 100 756 033 812 436.
3 Подборкрышек, днищдля колонных аппаратов.
Днища являются одним из основных элементов химических аппаратов. Цилиндрические цельносварные корпуса как горизонтальных, так и вертикальных аппаратов, ограничиваются днищами. Наиболее распространенной формой днищ в сварных химических аппаратах является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр. Таблица 5.
3. Размеры эллиптических отбортованных стальных днищ с внутренними базовыми диаметрами ГОСТ 6533–78, мм [4]. DвнS, ммh, ммhв, ммFв, м2Vв, м310 004 502 501,240,17ЗАКЛЮЧЕНИЕПонятием «ректификация» обозначают процесс разделения гомогенных бинарных и многокомпонентных смесей летучих жидкостей за счет двустороннего массообмена и теплообмена между неравновесными газообразной (паровой) и жидкой фазами, движущимися противоположно друг другу и имеющими различную температуру. В процессе проделанной работы была рассчитана ректификационная установка для разделения смеси бензол-толуол.Были получены следующие данные:
диаметр колонны -1000 мм;высота колонны — 11,1 м;толщина цилиндрической обечайки, эллептического днища и крышки 10 мм. В качестве перераспределителя жидкости принята тарелка ТСК-I.Рассчитаны материальный и тепловой баланс установки, построеныграфики и таблицы. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫГусев.
В.П. Процессы и аппараты химической технологии. Расчет теплообменных аппаратов / Методические указания к курсовому проектирования для студентов.
Томского химико-технологическогоколледжа. — Т.: ТХТК. 1994. 70 с. Гусев В. П., Гусева Ж. А. Процессы и аппараты химической технологии. Физико-химические и термодинамические свойства веществ / Методическое пособие к выполнению курсового проекта по процессам и аппаратам химической технологии, в 2-х частях / Часть 2.
— Т.: ТХТК, 1994. — 69 с. Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию. —.
М.: Химия, 1983. —.
272 с. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. — Л.: Машгиз, 1970.
— 753 с. Иоффе И. Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии.
Л.: Химия, 1991. 352 с. Справочник химика. ТомIII: Химическое равновесие и кинетика. Свойства растворов. Электродные процессы. М.: Химия, 1964, 1093с. Брисов Г. С., Брыков В. П., Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. М.: Химия, 1991. 496с.
