Диаметр колонны определяется для наиболее нагруженного сечения с использованием допустимой массовой скорости паров Gд или линейной скорости д по уравнениям: ;гдеG — паровая нагрузка колонны в расчётном сечении, кг/с;V — объёмный расход паров, проходящих через данное сечение колонны, м3/с.При расчете объемного расчета паров для колонн, работающихпри избыточном давлении, необходимо учитывать коэффициент сжимаемостиz, который находят из зависимости от приведенных параметров Тпр и Рпр
Объемный расход паров равен:
Плотность паров под верхней тарелкой: кг/м3кг/м3Допустимую линейную скорость паров в колонне определяемпо уравнению:
Величина коэффициента Сmax зависит от конструкции тарелки, расстояния между тарелками и поверхностного натяжения жидкости. Расстояние между тарелками Hm обычно изменяется в пределах от 0,3 до0,9 м, а для колонн диаметром 1 м и более при монтаже тарелок через люки НТне менее 1,0.Примем расстояние между тарелками НТ = 0,6 м, тогда коэффициент.
Сmax = 1200.
м/сДиаметр колонны равен:
м 2,4 мПолученный по приведенным уравнениям диаметр колонны округляют до ближайшего стандартного (ГОСТ 9617−76) принимаем Dk = 2400 мм. Расстояние между нижней тарелкой и нижним днищем определяют с учетом необходимого запаса жидкости в случае прекращения подачи сырья в колонну. Объем жидкости определяется из соотношения:
гдеg1' - количество жидкости стекающей с нижней тарелки колонны, кг/чτ - запас времени, ч. Высота жидкости в нижней части колонны:
Расстояние от уровня жидкости до нижней тарелки принимаем равным 1 м, тогда высота нижней части колонны равна Нн= 11,47+ 1,0 = 12,47 м.Высоту над верхней тарелкой концентрационной части колонны выбирают с учетом конструкции колонны (наличие отбойников, распределителей жидкости и т. д.), принимаем HВ= 1,35 м. Высота питательной зоны колонны зависит от конструкции узла ввода сырья, примем эту высоту равной Нэ = 1,5 м. Через 4−5 тарелок по высоте колонны устанавливаются люки для обеспечения монтажа и ремонта тарелок. Диаметр люков принимается не менееDy = 1000, а расстояние между тарелками в месте установки люка не менее600 мм. Высота концентрационной части равна:
Высота отгонной части равна:
Полезная высота колонны равна:
Нпол=12,45 + 14,6+ 1,3 + 9,0 + 1,35 = 38,7 мПримем высоту опоры равной 3 м, тогда общая высота колонны:
Н = Нпол+ 2Н= 38,7+ 2 = 40,7 м.При расчете диаметра штуцеров массовые расходы пара или жидкости пересчитываем на реальную производительность колонны, плотности потоков находим по приведенной выше методике, допустимую скорость движения потоков принимаем в зависимостиот назначения штуцера и фазового состояния потока (в м/с):Диаметр штуцеров принимаем примерно равным внутреннему диаметру трубы. При этом если диаметр трубы будет принят несколько меньшим, производится проверочный расчет скорости потоков. Штуцер ввода сырья: F = 58 600 кг/чρж = 568,14 кг/м3ω = 0,5 м/смм.
Принимаем штуцер ввода сырья D = 250 мм. Аналогично принимаем размеры штуцера других потоков. Результаты расчетов сведены в таблицу 2.
12.Таблица 2.12 — Результаты расчёта диаметров патрубков.
ПотокиRi, кг/чwi, м/сpi, кг/м3di, ммDy, мм.
Ввод сырья56 800,00000,6608,62 234,61250.
Вывод паров ректификата24 651,32002022,50 139,23150.
Вывод жидкости в кипятильник207 106,44061,8659,22 248,52250.
Ввод паров из кипятильника174 957,76053531,22 238,02250.
Ввод холодного орошения107 900,12411,2553,24 239,822502.
9 Гидравлический расчёт тарелок.
Гидравлический расчёт включает в себя несколько этапов.
1. Определение минимальной нагрузки по жидкости и проверка на отсутствие конусообразования. Удельная нагрузка по жидкости для данной колонны:
где LV — объёмный расход жидкости, м3/ч;n — число потоков на тарелке; - относительная длина слива, обычно находится в пределах 0,65−0,75.м3/(м. ч), Рассчитывается динамический подпор жидкости над сливной перегородкой:
мм > 13 мм.
Полученная величина сравнивается с минимально допустимой для клапанных тарелок 13 мм. Условие выполняется.
2. Определение величины уноса жидкости парами. Рассчитывается отношение скорости паров к рабочей площади тарелки:
м/сРассчитывается высота пены на тарелках:
где А, В, С, D,ά - коэффициенты зависящие от типа тарелки, для колпачковых тарелок: 59,5; 2,2; 1,74; 1,72; 1,38. — статический подпор жидкости, равный 64 мм.;
— площадь колпачка, 15,88 мм².
мм.
Высота пены не должна быть больше расстояния между тарелками Zf≤ Н=600, Условие выполняется. Рассчитывается удельный унос жидкости:
где А, В, С, D,ά - коэффициенты зависящие от типа тарелки. Для клапанных тарелок: 59,5; 2,2; 1,74; 1,72; 1,38, Рассчитывается объемный расход жидкости с учетом уноса:
3. Проверка на захлебывание сливного устройства. Расчет отношения скорости жидкости в сливе к площади поперечного сечения слива: м/сДолжно выполнятся условиеWl ≤ W = 0,056, оно выполняется. Расчет отношения скорости жидкости в зазоре под сливным стаканом к поперечному сечению стакана:
м/сДолжно выполнятся условие: Wc ≤ 0,056 м/с, оно выполняется. 4. Проверка на захлебывание тарелки (переброс).Расчет удельной нагрузки по жидкости с учетом уноса: Расчет динамического подпора жидкости над сливной перегородкой с учетом уноса: мм.
Расчет скорости паров в точке переброса:
Расчет объемной нагрузки по парув точке переброса:
Должно выполнятся условиеVper≥ V = 5,752 м3/с, оно выполняется.
3 МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ3.1 Выбор материала аппарата.
Руководствуясь общими принципами выбора материалов и учитывая максимальную рабочую температуру, принятую с округлением до 150 °C, давление 0,115 МПа среднюю коррозионностъ среды, выбираем углеродистую сталь обыкновенного качества ВСт. Зсп (ГОСТ 14 246−89), которая имеет следующие механические характеристики [13, c.92]: σт =210−250 МПаσв =380−490 МПа.
3.2 Определение толщины цилиндрической части и днищ аппарата.
Допускаемое напряжение [σ] определяем по формуле (2.1)где — поправочный коэффициент, равный 0,9 для аппаратов, содержащих взрывоопасную или токсичную среду;
допускаемое напряжение.
где — коэффициент запаса прочности аппарата. МПа, МПаДля температуры 150 оС получим: МПа МПаДля последующего расчета принимаем МПа, тогда допускаемое напряжение [σ] будет равно:
МПаУчитывая, что продольные и поперечные швы обечаек стальных аппаратов должны быть только стыковыми, и предполагая двухстороннюю сварку, выполненную автоматически, принимаем φ = 1. Опоры для ректификационных колонн выбираются исходя из расчета максимальной нагрузки, которую должна выдержать опора. Материал опоры выбирают в зависимости от температуры рабочей среды, емкости аппарата и других параметров. Стандартным материалом обечаек (обечайка — цилиндрический корпус аппарата) является сталь Ст3 сп3 ГОСТ 380–71. Толщину стенки обечайки рассчитаем по уравнению (4.116): — прибавки, причем для данной марки стали в рассматриваемых условиях: — прибавка на коррозию и эрозию, примем 1,0 мм; - прибавка на минусовое отклонение по толщине листа, примем 1,0 мм; - технологическая прибавка, примем 1,0 мм. Избыточное расчетное давление в аппарате определяем как: МПамм.
Согласно расчётам, максимальная толщина обечайки составляет 22,48 мм. Выберем из сортамента лист ВСт3 толщиной 25 мм [13, 14]. Учитывая, что наряду с внутренним давлением аппарат испытывает дополнительные нагрузки такие как: ветровая, вес внутренних устройств, вес площадок обслуживания и т. д., толщина обечайки в нижней части аппарата должна быть увеличена. Эта добавка ∆S принимается в зависимости от высоты колонны.
В рассматриваемом случае высота колонны более 20 м, следовательно, ∆S =2 мм. Тогда толщина обечайки внизу колонны равна Sн =23 + 2 = 25 мм. Примем эту же толщину обечайки для верха колонны. Для цилиндрических аппаратов, диаметр которых меньше 4 м, применяют эллиптические днища и крышки. Толщину стенки эллиптического днища определяют в его вершине, где поверхность имеет наибольший радиус кривизны, по формуле (2.5):Для стандартных днищ с R = DB и Н = 0,25.DB толщина стенки днищ близка к толщине стенки цилиндрической обечайки. В нашем случае толщину стенки верхнего, а также нижнего днища принимаем равными 25 мм. Н = 0,25.DBН = 0,25.2,4 = 0,6 мВЫВОДЫВ представленном курсовом проекте была рассмотрена ректификационная колонна для разделения сжиженных газов, сырьём которой является смесь, состоящая из пропилена, пропана, и-бутана и н-бутана. производительностью по сырью 56,8 тыс.
кг/ч. Дистиллятом колонны выступает СПБТ (смесь пропан-бутана технического), содержащая пропан, н-бутан и и-бутан.Кубовым продуктом является сырьевая смесь н-пентана, и-пентана и гексана, отправляемая на дальнейшую переработку. В работе рассмотрены устройство и принцип работы аппарата, проведены расчеты оптимального и реального числа теоретических тарелок, флегмового числа, материального и теплового балансов. При проведении расчета основных геометрических размеров ректификационной колонны были определены ее средний диаметр (по зоне питания), равный 2,4 м и общая высота, равная 40,7 м. Фактическое число рабочих тарелок по расчету составило 39 штук. К работе принят вариант установки с 45 тарелками по данным предприятия. Также проведен расчет диаметров патрубков для основных потоков, расчет гидравлических сопротивлений тарелок и механический расчет. В качестве основного конструкционного материала выбрана выбираем углеродистую сталь обыкновенного качества ВСт.Зсп. СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВАлександров И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. ;
М.: Химия, 1971. — 296 с. Ахметов С. А. Технология глубокой переработки НГК и газа: Учебное пособие для вузов. Уфа: Гилем, 2002.
— 672 с. Багатуров C.A. Теория и расчет перегонки и ректификации. — М.: Химия, 1974. -.
440 с. Баннов П. Г. Процессы переработки НГК. Часть 2. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2001. — 415 с. Гидродинамика колонных аппаратов: методические указания / Сост. С. В. Иваняков, С. Б. Коныгин. — Самара; Самар.
гос. техн. ун-т, 2008. — 44 с. Дахин О. Х. Машины и аппараты химических и пищевых производств: Курс лекций.
— Волгоград: Издательство Волг.
ГТУ, 2011. — 161 с. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии. Ч.
1. Теоретические основы процессов химической технологии. Учебник для вузов. Изд. 2-е. М.: Химия, 1995. — 400с. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — 9-е изд.
— М.: Химия, 1973. — 750 с. Кашарский П. Д. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. − Л.: Машиностроение, 1976−480 с. Кравец В. А. Системный анализ безопасности в нефтяной и газовой промышленности. -.
М.: Недра, 1984 — 117 с. Кузнецов А. А., Кагерманов С. М., Судаков Е. Н. Расчёты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. — Л.: Химия, 1994. -.
314 с. Кутепов A.M. и др. Теория химико-технологических процессов органического синтеза: Учеб. для техн. вузов/A.M. Кутепов, Т. И. Бондарева, М. Г. Беренгартен — М.: Высш. шк., 2005. -.
520 с. Лаптев А. Г, Минеев Н. Г., Мальковский П. А. Проектирование и модернизация аппаратов разделения в нефтеи газопереработке. — Казань: 2002. — 220 с. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник.
— Л.: Машгиз, 1970. — 753 с. Леонтьев, А. П. Прочностные расчеты отдельных элементов технологического оборудования: учебное пособие.
— Тюмень: Тюм.
ГНГУ, 2012. — 144 с. Махутов Н. А., Пермяков В. Н. и др. Анализ рисков и обеспечение защищенности критически важных объектов нефтегазохимического комплекса: учебное пособие. — Тюмень: Тюм.
ГНГУ, 2013. — 560 с. Осинина O.Г. Определение физико-технических и тепловых характеристик нефтепродуктов, углеводородов и некоторых газов. — М.: МИНХ и ГП, 1982.
— 65 с. Поникаров И. И. Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки: учебник / И. И. Поникаров, М. Г. Гайнуллин. — М.: Альфа-М, 2006. — 608сПрокофьева Т.В., Щелкунов В. А., Андриканис В. В., Фёдорова Е. Б. Технологический расчёт колонны для разделения сжиженных газов. -.
М.: РГУ нефти и газа, 200. — 49 с. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии / А. И. Скобло, Ю. К. Молоканов. А. И. Владимиров. В. А. Щелкунов 3-е изд. перер. и доп. -- М.: ООО «Недра.
Бизнесцентр", 2000. — 677с. Процессы и аппараты химической технологии. Проектирование ректификационных колонн. Часть 1, 2.
Основы теории расчета и основные конструкции ректификационных колонн. Методические указания к курсовому проектированию.-Томск: Изд. ТПУ, 1997. — 36 с. Расчет основных процессов и аппаратов нефтепереработки. / Под ред.
Е.Н. Судакова. — М.: Химия, 1979. — 566 с. Рудин М. Г., Драбкин А.
Е. Краткий справочник нефтепереработчика. — Л.: Химия, 1980. — 328 с. Савельев А. Л. Технологический расчёт отбензинивающей колонны установок перегонки нефти Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. — Тюмень: Нефтегазовый университет, 2003.
— 37 с. Савченков А. Л. Технологический расчет установки атмосферной перегонки нефти. — Тюмень: Тюм.
ГНГУ, 2006. — 98 с. Савченков А. Л. Химическая технология промысловой подготовки нефти: учебное пособие / А. Л. — Тюмень: Тюм.
ГНГУ, 2011. — 180 с. Семакина О. К. Машины и аппараты химических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств: учебное пособие / О. К. Семакина; Томский политехнический университет. -.
Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2016. — 160 с. Сепарационные колонны для дистилляции и абсорбции Зульцер-Хемтех. Каталог. — М.: Химическое и нефтяное машиностроение, 1993.
— 28 с. Справочник нефтехимика в 2 т. — т. 1 / Под ред.
Огородникова С.К. — Л.: Химия, 1978. — 496 с. Технологический регламент установки получения пропана первой очереди (УППБ-1). -.
Тюмень, 2016. — 232 с.
