Модернизация основного оборудования блока регенерации растворителя на установке депарафинизации масел

Аннотация
Дипломный проект посвященмодернизации основного оборудования блока регенерации растворителя на установкедепарафинизации масел.
Дипломный проект состоитиз пояснительной записки и графической части.
В пояснительной запискеприведены: обзор литературы и производственные данные, технико-экономическоеобоснование проекта; устройство и принципы работы проектируемого оборудования,технологический и прочностной расчеты; освещенывопросы по экономике и организации производства; безопасности и экономичностипроекта; ремонту и монтажу оборудования.
В графической частиразработаны: технологическая схема установки, сборочный чертеж колонны;сборочный чертеж тарелки, сборочный чертеж теплообменника; чертежи деталей;расположение оборудования; таблица технико-экономических показателей.
Пояснительная запискапредставлена на листах.
Графическая частьпредставлена на листах формата А1.

Содержание
Введение
1 Характеристика вопроса по литературным и производственнымданным. Технико-экономическое обоснование выбора проектных решений.
1.1. Характеристика исходного сырья и готового продукта.
1.2. Обзор существующих методов регенерации растворителя
1.3.Выбор конструкции проектируемых аппаратов
1.4. Технико-экономическое обоснование проекта
2 Описание технологии производства и конструкций разрабатываемогооборудования
2.1.Устройство и принцип работы колонны
2.2.Устройства и принцип работы теплообменника
2.3.Выбор конструкционных материалов.
3. Расчеты технологического оборудования.
3.1.Технологический расчет колонны.
3.2.Технологический расчет теплообменника.
3.3.Прочностной расчет основных элементов оборудования.
3.3.1.Расчет колонны.
3.3.2.Расчет теплообменника.
4.Расчет и выбор стандартизированного вспомогательногооборудования.
4.1.Подбор насоса.
4.2.Подбор емкости.
5. Монтаж оборудования.
5.1.Монтаж колонны.
5.2.Монтаж теплообменника.
6. Ремонт оборудования.
6.1.Годовой график ППР.
6.2.Ремонт колонны.
6.3.Ремонт теплообменника.
7.     Технология изготовления фланца.
8.     Автоматизация технологического процесса, выбор средствконтроля и регулирования параметров   
8.1.Описание технологической схемы блока регенерациирастворителя.
8.2.Анализ технологического процесса.  
8.3.Разработка совмещенной технологической схемы и выборосновных
средств контроля и регулирования
9 Безопасность и экологичность проекта.
9.1.Характеристика опасных и вредных производственныхфакторов.
9.2. Санитарно-гигиенические мероприятия
9.3. Электробезопасность. Защита от статическогоэлектричества.
Молниезащита.
9.4.Пожарная безопасность.
9.5. Экологичность проекта
9.6. Безопасность в условиях чрезвычайных ситуаций
10. Экономика и организация производства.
10.1. Организационная часть.
10.2. Экономическая часть.
Заключение.
Список использованной литературы.
Приложения.
Приложение 1. Опись чертежей.
риложение 2. Колонна. Спецификация.
Приложение 3. Тарелка. Спецификация.
Приложение 4. Теплообменник. Спецификация.

Введение
До настоящего времениоколо 90% мирового производства смазочных масел производится на установкахдепарафинизации. Процесс депарафинизации заключается в удалении из маселвысокозастывающих твердых углеводородов – парафинов, с целью получения масел сдостаточно низкими температурами застывания.
 Депарафинированные масладолжны обладать свойствами подвижности (или текучести) при температуре изприменения. Свойства подвижности необходимо для применения масел при низкихтемпературах в зимних условиях, для облегчения процесса запуска двигателей, дляуменьшения износа трущихся поверхностей деталей двигателей, для возможностиобеспечения нормальной циркуляции в аппарате с целью отвода тепла, выделяемогоего рабочими узлами. В процессе депарафинизации получают средневязкое, вязкое,высоковязкое, остаточно депарафинированные масла и соответственно выделяютсянежелательные компоненты масел в виде гача.
Установка депарафинизациисостоит из следующих блоков :
1) отделениекристаллизации – для захолаживания масел;
2) отделение регенерации– предназначено для регенерации растворителя (ацетона) из воды и масел;
3) фильтровальноеотделение – для отделения твердых углеводородов;
4) холодильногоотделения.
Целью дипломного проектаявляется повышение производительности блока регенерации растворителя установки39/2, а также решения вопросов монтажа и ремонта оборудования, безопасности иэкологичности проекта, экономики и организации производства.

1. Описание принципиальнойтехнологической схемы блока регенерации    растворителя
 
1.1.    Характеристикаисходного сырья и готового продукта
 
В качестве исходногосырья блока регенерации используется обводненный ацетон. В таблице № 1.1.приведеныхарактеристики исходного сырья и готового продукта.
Характеристикиисходного сырьятаблица№ 1.1.Наименование Номер государственного или отраслевого стандарта Показатели качества, обязательные для проверки ННорма Сырье: обводненный растворитель (ацетон) _____ Содержание воды, % об, не более 440 Продукт: ацетон ГОСТ 2868-89
Массовая доля ацетона, % об,
не менее 998
Ацетон – целевой продуктблока обезвоживания растворителя, представляет собой простейший кетон,бесцветная, легко подвижная жидкость с характерным запахом.
Продукт – ацетон долженотвечать требованиям по ГОСТ 2868-89 по следующим показателям:
а) молекулярный вес –58,08;
б) плотность при 20˚С,г/см³ — 0,7908;
в) температура кипенияпри атмосферном давлении, ˚С – 56,2
1.2.   Обзор существующих методоврегенерации растворителя
В настоящее времяподавляющее большинство смазочных масел производится на установкахдепарафинизации. Процесс депарафинизации заключается в удалении из маселвысокозастывающих твердых углеводородов – парафинов, путем его захолаживания ифильтрации через барабанные вакуум-фильтры. Для того, чтобы вязкость маслаперед процессом фильтрации уменьшилась, его разбавляют растворителями. Наиболееширокое применение получили такие растворители как ацетон, МЭК. В процессе производстварастворитель насыщается водой и к дальнейшему использованию не пригоден, тоесть необходимо разделение смеси растворитель-вода. Для разделения любойисходной смеси на две части применяется схема полной ректификационной колонны.В таком аппарате сырье подается в середину колонны, дистиллят обогащенныйнизкокипящими компонентами отбирается сверху, а остаток обогащенныйвысококипящими компонентами – снизу колонны. Для создания жидкостного орошенияколонна имеет конденсатор вверху и кипятильник внизу. Для выделения небольшогоколичества высококипящих или легколетучих компонентов или фракций применяют неполныеректификационные
колонны, укрепляющие иотгонные. В укрепляющую колонну сырье подается в паровой фазе под нижнюютарелку колонны. В полных ректификационных колоннах наряду с подогревателем иливместо его подается водяной пар. В нашем случае, необходимо полное разделениеисходной смеси, поэтому выбираем схему полной ректификационной колонны.
1.3.    Выборконструкции проектируемых аппаратов
 
Выбор конструкцииколонны
Выбор проектируемойколонны проводим на основе опыта эксплуатации аналогичных ректификационныхколонн [4]. Для удаления воды из растворителя применяются почти исключительно аппараты колонного типа. Основнойзадачей при проектировании является оптимальный выбор контактных устройств,которые подразделяются на два основных вида :
 - тарельчатые контактныеустройства ( колпачковые, клапанные, ситчатые и т.д.);
 - насадочные компактныеустройства (насыпная насадка, регулярная насадка, вакуумная насадка и т.д.).
При выборе конструкциирабочих элементов колонных аппаратов необходимо считаться с такими факторамикак гидравлическое сопротивление, диапазон изменения расходов по жидкой игазовой фазе, при котором аппарат работает устойчиво, простота конструкции инадежность эксплуатации.
На основаниитехнико-экологических показателей и данных заводских испытаний для данногопроцесса регенерации растворителя наиболее эффективными являются колпачковыетарелки. Поэтому в качестве элемента новизны при модернизации ректификационнойколонны вносим замену устаревших S-образныхтарелок на колпачковые тарелки. В связи с этим получаем увеличение производительностина 20%, увеличивается степень разделения смеси.
Выбор теплообменника.
Теплообменные аппаратыпредназначены для проведения процессов теплообмена при необходимости нагреванияили охлаждения технологической среды с целью ее обработки или утилизациитеплоты.
Теплообменные аппаратыможно классифицировать по следующим признакам:
— по конструкцииаппараты, изготовленные из труб кожухотрубчатые, «труба в трубе», оросительные, погруженныезмеевиковые, воздушного охлаждения); аппараты, поверхность теплообмена которыхизготовлена из листового материала с поверхностью теплообмена, изготовленной изнеметаллических материалов;
— по назначению –холодильники, подогреватели, испарители, конденсаторы ;
— по направлению движениятеплоносителей прямоточные, противоточные, перекрестного тока и др.
 Теплообменники типа«труба в трубе» и змеевиковые стальные в общем объеме теплообменной аппаратурысоставляют около 8%, а оросительные около 2%.Доля спиральных и пластинчатых теплообменников и АВО пока не велика.
 Наиболее большоераспространение получили кожухотрубчатые теплообменники.Они бывают следующих видов :
— теплообменники снеподвижными трубными решетками (тип Н). В кожухе размещен трубный пучок,теплообменные трубы которого развальцованы в трубных решетках. Трубная решеткажестко соединена с кожухом. С торцов кожухаппарата закрыт распределительными камерами. Кожух и камеры соединены фланцами.Особенностью этих аппаратов является то, что трубы жестко соединены с трубнымирешетками, а решетки приварены к корпусу (кожуху). В связи с этим исключена возможностьвзаимных перемещений труб и кожуха.
 Теплообменники типа Нотличаются простым устройством и сравнительно дешевы, однако им присущи двакрупных недостатка
 во-первых, наружнаяповерхность труб не может быть очищена от загрязнения механическим способом;
 во-вторых, областьприменения теплообменных аппаратов типа Н ограничена возникновением в кожухе итрубах аппарата так называемых температурных напряжений. По этой причинетеплообменники типа Н используют при небольшой разноститемператур (менее 30˚С) кожуха и труб, при этом возможна такназываемая самокомпенсация конструкции.
— теплообменники с U-образными трубами. В кожухотрубчатыхаппаратах этой конструкции обеспечивается свободное удлинение труб, чтоисключает возможность возникновения температурных напряжений. В аппаратах типа U обеспечивается свободноетемпературное удлинение труб: каждая труба может увеличиваться в длинунезависимо от кожуха и соседних труб. Разность температуры стенок труб по ходам в этих аппаратах не должна превышать 100˚С.
Преимущество конструкцииаппарата типа U – возможность периодического извлечениятрубного пучка для чистки наружной поверхности труб или полной замене пучка.Однако следует отметить, что внутренняя поверхность труб в этих аппаратахнеудобна для механической очистки. Поскольку механическая обработка (очистка)внутренней поверхности труб в аппаратах типа U практически невозможна, в трубное пространство такихаппаратов следует направлять среду, не образующую отложений, которые требуютмеханической очистки.
Один из распространенныхдефектов теплообменника типа U — нарушениегерметичности узла соединения труб с трубной решеткой из-за весьма значительныхизгибающих напряжений, возникающих от массы труб и протекающих в них средах.Так же недостатком является относительно плохое заполнение кожуха трубами из-за ограничений, обусловленные изгибомтруб, что уменьшает поверхность теплообмена.
К существующимнедостаткам аппаратов типа Uследует отнести невозможность замены труб (за исключением крайних труб) привыходе их из строя, а также сложность размещения труб особенно при большом ихчисле.
 - теплообменные аппаратыс плавающей головкой (тип П). В теплообменниках с плавающей головкойтеплообменные трубы закреплены в двух трубных решетках, одна из которыхнеподвижно связана с корпусом, а другая имеет возможность свободного осевогоперемещения, последнее исключает возможность температурных деформаций кожуха итруб.
 Выбираем для нагреваисходной смеси теплообменник с U-образнымитрубками.

1.4 Технико-экономическоеобоснование проектируемой установки
В предлагаемом дипломномпроекте рассматривается установка депарафинизации масел 39/2 существующегопроизводства с использованием растворителей, мощностью по сырью 236600 т. вгод.
В качестве базовоговарианта для регенерации растворителя на установке депарафинизации масел былпринят блок регенерации. В качестве аппаратурного оформления блока – КолоннаК-8, желобчатые тарелки в этой колонне морально и физически устарели.
В данном проекте вместосуществующих желобчатых предлагается установить колпачковые тарелки, с болеевысоким КПД и повышенной производительностью в 1,2 раза выше прежних(желобчатых). Кроме того, с переходом на 2 годичный цикл работы оборудования,увеличивается количество рабочих дней.
Предлагаемый проект нетребует перестройки зданий, увеличения количества работающих.
Анализ себестоимостипродукции по двум вариантам до и после показывает на снижениесебестоимости продукции, увеличения рентабельности, улучшении технико –экономических показателей(см. таблицу 10.17), за счёт увеличения выходаконечного продукта с 175712 т/год до 183396т/год(на 7,7 тыс.т/год).
Определим ориентировочнымэкономическим расчётом срок окупаемости предлагаемых капитальных вложений, Ток,лет, по формуле:
/>,
где />= 4862,7тыс.руб. –дополнительные капитальные вложения, тыс.руб.;
 />=183396т/год – выпускгодовой продукции по Проекту, т/год;
 />= 14,194тыс.руб. –себестоимость единицы продукции по Аналогу, тыс.руб.;
/>= 14,146 тыс.руб. – себестоимостьединицы продукции по Проекту, тыс.руб. />
Срок окупаемости втечении 1 года. Приведённые показатели свидетельствуют о целесообразностипредлагаемого проекта.

2.            Выборконструкции проектируемого аппарата
 
В дипломном проекте былиразработаны два аппарата: ректификационная колонна и теплообменник с U-образными трубками.
 
2.1.            Устройствои принцип работы колонны
 
Тарельчатый колонныйаппарат (см. чертеж БРР 01.00.000.СБ) состоит из вертикального корпуса,эллиптического днища, крышки и жестко скрепленной с корпусом опорной обечайки цилиндрической формы, в свою очередь состоит из пятицарг. Обводненный растворитель подается на 7-ю тарелку кетоновой колонны К-8. Вниз колонны подается острый пар. С верха колонны К-8 пары растворителя соследами воды конденсируются и охлаждаются в конденсаторе – холодильникеТ-17(Т-20). Затем охлажденный конденсат направляется в емкость Е-6 длядальнейшего использования. Вода из нижней части колонны К-8, содержащая следырастворителя, дренируется автоматически в ПЛК.
/> 2.2.Устройство и принцип работы теплообменника
 
 Теплообменник типа U (см. чертеж БРР 02.00.000.CБ)состоит из кожуха и трубного пучка. Трубная решетка соединена фланцевымсоединением с кожухом и распределительной камерой. Камера закрыта эллиптическойкрышкой. При нагревании трубки удлиняются за счет U-образного исполнения.
 Теплообменник нагреваисходной смеси работает следующим образом: парчерез штуцер проступает в трубное пространство теплообменника,по мере продвижения по трубам пар нагревает исходный раствор который подается вмежтрубное пространство. Нагретый исходный раствор выходит из теплообменника инаправляется в колонну.
2.3.            Выборконструкционных материалов
 
 В качестве конструкционных материаловдля изготовления аппаратов выбираем листовой прокат, а для изготовленияпатрубков – трубный прокат.
 Основным критерием привыборе конструкционного материала для химической аппаратуры является егохимическая и коррозионная стойкость в рабочей среде. Наряду с этим кконструкционным материалам одновременно предъявляются требования высокоймеханической прочности, жаростойкости, сохранение пластичных свойств привысоких и низких температурах. Необходимо также учитывать физические свойстваматериалов (теплопроводность, линейное температурное расширение), а также некоторыедругие соображения технико-экономического порядка, такие как дефицитность,стоимость материала. Также должна обеспечиватьсяхорошая свариваемость материалов.
 Среда в колонне – обводненныйрастворитель (ацетон), температура рабочей среды 100˚С, давление — 0,02МПа. В теплообменнике – в трубном пространстве пар, в межтрубном обводненныйрастворитель, которые малоагрессивны.
Выбираем материал для изготовленияаппаратов в целом [4], – сталь ВСт 3сп по ГОСТ380-88. Эта сталь хорошо свариваемая, обладает хорошей коррозионной стойкостьюв данной среде. Способ сварки для днищ с обечайкой — стыковкой с двухсторонним сплошным проваром, выполненными автоматическойсваркой. Материал проволоки Св-08 по ГОСТ 2246-70, марка флюса АН-348 по ГОСТ9087- 69 .
 Для сварки патрубков,фланцев к корпусу аппарата выбираем способ сварки, вручную электродуговойсваркой. Тип марки электродов Э 42 по ГОСТ 0467-70. Крепежные детали дляфланцевых соединений по ГОСТ 7798-70, гайки по ГОСТ 5915-70. Материал сталь 35.

3. Технологический расчетпроектируемого оборудования
 
3.1 Технологический расчетректификационной колонны
 
3.1.1 Целью расчетаявляется составление материального и теплового балансов, определение диаметра ивысоты колонны
 3.1.2.Исходные данные
 Исходная смесь – ацетон-вода
 Производительность поисходной смеси – 1 кг/с
 Содержание низкокипящегокомпонента :
 - в исходной смеси ХF = 40% ;
 - в дистилляте ХD= 98% ;
 - в кубовом остатке ХW= 0,005%
 Схема материальныхпотоков показана на рис. 3.1.
3.1.3.Материальный балансректификационной колонны
 Расчет ведем согласно [6]
GF = GD + GW(3.1)
 XF GF = XD GD + XW GW
Схема материальныхпотоков показана. ( Рисунок 3.1.)/>
 Откуда находим:
 GW = />кг/с
 GD = GF – GW = 1- 0,6 = 0,4 кг/с
3.1.4Определение числатарелок
 Построим кривуюравновесия и определим температуры в колонне. На основании справочных данных отемпературах кипения [6], равновесных составах жидкости и пара для смесиацетон – вода строим кривую температур кипения смеси в координатах t – x,y, и кривуюравновесия в координатах x — y (см. рисунок 3.2., 3.3.) x 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 60,3 72 80,3 82,7 84,2 85,5 86,9 88,2 90,4 94,3 100 t 100 77,9 69,6 64,5 62,5 61,6 60,7 59,8 59 58,2 57,5 56,9
По кривой температуркипения t = f (x) имеем :
 - температура в кубеколонны tw= 99˚C
 - температура дистиллятаtD= 56˚C
 - температура кипенияисходной смеси tF=65˚C
 Определяем минимальное ирабочее флегмовое число.
Минимальное флегмовоечисло определяем по формуле :
 Rmin= />/>, (3.2)
 где />/> — мольные доли легколетучегокомпонента соответственно в исходной смеси и дистилляте, кмоль/кмоль смеси, /> - концентрация легколетучего компонента в паре,находящемся в равновесии с исходной смесью, кмоль/кмоль смеси.
 Мольная долялегколетучего компонента в исходной смеси определяется по формуле:
 />/> ; (3.3.)
 где МA = 58 – молекулярная масса ацетона [6],
 Мв = 18 — молекулярнаямасса воды.
 Получим :
 />
 
 Аналогично
/>
/>
Тогда :
/>
 Рабочее флегмовое число определяем по формуле:
 R = 1,3∙Rmin+ 0,3 (3.4.)
R = 1,3∙0,252 + 0,3 = 0,63
Уравнение рабочих линий :
а) для верхней(укрепляющей) части :
 />/> ; (3.5.)
 />; />
б) для нижней(исчерпывающей) части:
/>/>, (3.6.)
 />, где F –относительный мольный расход питания.
Относительный мольныйрасход питания определяем по формуле :
/>/> (3.7. )
 />, />
 Действительное число тарелокопределяем по формуле:
 />, где /> - коэффициент полезного действиятарелки [6]. (3.8)
 /> шт.
 Принимаем действительноечисло тарелок />/> = 19шт.
3.1.5 Тепловой балансколонны
 Расход тепла,отдаваемого охлаждающей воде в дефлегматоре – конденсаторе
 QD = GD(1+R)∙/> (3.9.)
где rD — удельная теплота конденсации паровв дефлегматоре, Дж/кг.
Удельная теплотаконденсации паров в дефлегматоре определяем по формуле :
 /> />(3.10.)
где />=516,1 кДж/кг – удельная теплота конденсации ацетона при Т=56˚С ;
 /> кДж/кг – удельная теплота конденсации воды при Т=56˚С.
 />= 0,94∙516,1+(1-0,94)∙2351,5=626,2 кДж/кг
 QD = 0,4∙(1+0,63)∙626,2∙10³= 408282,4 Вт
Расход тепла, получаемогов кубе — испарителе от греющего пара.
 Qк = QD+ GD∙CD∙/>+GW∙CW∙tW — GW∙CF∙tF+QПОТ (3.11.)
 где Qпот≈ 0,03∙QК – тепловые потери колонны вокружающую среду.
 QК =1,03∙(408282,4+0,4∙2346,4∙56+0,6∙4190∙99-1∙3268,2∙65)=497294,76Вт
Расход тепла в паровомподогревателе исходной смеси :
 Q = 1,05∙GF∙CF∙(tF- tпар) (3.12.)
 Q = 1,05∙1∙3226,3∙(65-25)=135504,6 Вт
Расход тепла, отдаваемогоохлаждающей воде в водяном холодильнике дистилляте
 Q = GW∙CW∙(tw-tкон)(3.13.)
 Q = 0,6∙4190∙(99-25)=186036 Вт
Расход греющего пара,имеющего Рабс=0,3 МПа
 а) в кубе — испарителя
 /> = />, (3.14)
 где /> =2141∙103 /> - удельная теплота конденсации греющегопара.
 /> =/>
 в) в подогревателеисходной смеси
 /> = />
 Всего 0,24+0,07 = 0,31кг/с = 1116 кг/ч
 Расход охлаждающей водыпри нагреве ее на 20˚С
 а) в дефлегматоре
 />
/>(3.15)
 б) в водяномхолодильнике дистиллята
 />
 в) кубовый остаток(вода) не охлаждается, а сливается в ПЛК.
 Всего0,005+0,0004=0,0054 /> = 19,44 м3/ч
3.1.6 Определениедиаметра колонны
 Диаметр колонны определяется поформуле:
 D =/>, (3.16)
 где V – объемный расход проходящего поколонне пара, м3/с,
ω – скорость пара, />
 Объемный расходпроходящего по колонне пара определяется по формуле :
/>, (3.17)
 где />˚С = 350,65К – средняя температура в колонне.
 /> 
Средние концентрациижидкости :
а) в верхней части колонны:
 />
 б) в нижней частиколонны :
 />
Средние концентрации паранаходим по уравнениям рабочих линий :
а) в верхней частиколонны :
 />
б) в нижний части колонны:
 />
 Средние температуры параопределяем по диаграмме t- x,y :
 а) при />/>˚С
 б) при />/> />˚C
 Средние мольные массы и плотности пара :
 а) /> 
 /> кг/кмоль
 />
 б) />
 />
 ρ/>
 />
 Плотность воды и ацетона в жидкомсостоянии приблизительно равны. Температура в верху колонны при />равняется 56˚С, а в кубе — испаряется при /> равняется 99˚С.
 Плотность жидкогоацетона при 56˚С />= 750,4 /> , воды при 99˚С приблизительно равна />кг/м3.Принимаем среднюю плотность жидкости в колонне
 />= /> кг/м3
 Скорость пара определяемпо формуле: />/> (3.18)
 где С = 0,058 –коэффициент [6].
 ω = 0,058/> 
 Тогда D =/>м
 Принимаем D = 0,5 м
 Определим диаметрштуцера вывода паров по формуле :
 d = /> d = /> м
 Принимаем диаметр штуцера выводапаров d = 0,05 м
 
3.1.7 Расчет высотыколонны
 Высоту колонны определяем по формуле:
 Н= НС+НК+НТ,где (3.19)
 НС = 1000 мм – высота сепарационного пространства [6].
 НК = 1700 мм – высота кубовой части
 НТ — высотатарельчатой части
 Высоту тарельчатой частиопределяем по формуле:
 НТ= (n-1)∙h, (3.20)
 где h’ = 0,5 м и h” =0,3 –расстояние между тарелками
 H’T = (14-1)∙0,3= 3,9м; H”T = (6-1)∙0,5= 2,5м; НТ =H’T+ H”T=3,9+2,5=6,4м
 Тогда Н=6,4+1+1,7=9,5м
3.1.8 Расчетгидравлического сопротивления тарелок
 Гидравлическоесопротивление тарелок колонны определяется по формуле :
 />, (3.21.)
 где /> — полное гидравлическое сопротивление одной тарелки, /> ;
 n = 19 шт – число тарелок в колонне.
 Полное гидравлическоесопротивление одной тарелки определяется по формуле:
 /> (3.22.)
 где /> — гидравлическое сопротивление одной тарелки, />;
 /> — гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя, />;
 /> - гидравлическое сопротивление, обусловленное силамиповерхностного натяжения, />.
 Гидравлическоесопротивление сухой тарелки определяется поформуле :
 /> , (3.23.)
 где /> = 4,5 — коэффициент[6];
/> — скорость пара в патрубке колпачка, м/с
 
Скорость пара в патрубкеколпачка определяется по формуле :
/> = /> (3.24.)
 />=4,5∙/>/>
 Гидравлическоесопротивление газожидкостного слоя на тарелке определяется по формуле: />=g∙/>∙ho, (3.25.)
 где ho= 0,075м – высота светлого слоя жидкости на тарелке.
 />= 9,81∙875∙0,075=644 /> 
 Гидравлическоесопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, определяем поформуле :
 /> (3.26.)
 где σ = 39,6 ∙10-3 Н\м – поверхностное натяжение жидкости при средней температурев колонне 77,5˚С.
 dЭ = 0,07 м – диаметр патрубка колпачка.
 />/>
 />=913,6+644+2,26=1559,86 />
 Тогда
 /> = 1559,86∙19 = 29637,34/>≈0,029 М/>
 
 3.1.9 Расчетбрызгоуноса жидкости
 Расчетная схема приведена на рисунке 3.4
 Относительный брызгоуносопределяется по формуле:
 />; (3.27.)
 где σ =39,6·10-3Н/м –поверхность натяженияжидкости;
 ω = 1,36 м/с –скоростьпара в рабочем сечении аппарата;
 hт=0,3 м –расстояние между тарелками;
 R1=23·10-5–коэффициент [9];
 n1=1,16 –показательстепени [9];
 hпн= высота пены на тарелке ;
 Высота пены определяетсяпо формуле:
 />; (3.28.)
 R2=0,23 –коэффициент [9];
 R3=4,4·10-2 –коэффициент [9];
 R4=4,6 –коэффициент [9];
 ρ=1,61 кг/м3 –плотность пара;
 hсл– высота подпора жидкости над сливным порогом;
 hпор– высота сливного порога на тарелке;
 Высоту подпора жидкостинад сливным порогом определяем по формуле:
/>; (3.29.)
 где/> , – действительный расход жидкости, протекающий черезпереливное устройство;
 
 ρж=854,6кг/м3 – средняя плотность жидкости в колонне;
 Gж=5040 кг/ч –нагрузка по жидкости;
 Тогда:
 /> ;
 П=0,4м – периметр слива [9];
 
 Тогда:
/> ;
 Высота сливного порогаопределяется по формуле:
 
hпор= hг.б— hсл+hпр+hу; (3.30.)
 где hсл– высота глубины барботажа, м ;
 hпр– высота прорези в колпачке, м ;
 hу – высота установки колпачка, м ;
 Высота глубины барботажаопределяется по формуле :
 /> ; (3.31.)
 где Р=0,12 МПа–абсолютное давление в аппарате;
 Тогда:
 /> ;
 Высота открытия прорезив колпачке определяется по формуле:
 /> ; (3.32.)
 где m = 11 – количество колпачков натарелке ;
 z = 16 – количество прорезей в колпачке ;
 в = 0,004 – расчетная ширина прорези ;
 /> ;
 Тогда:
 hпор= 0,049-0,017+0,021+0=0,07 м
 Тогда:
 /> ;
 />;
 y=0,035 кг⁄кг ‹ [y]=0,1 кг⁄кг [9], следовательнобрызгоунос жидкости в пределах нормы .
 3.1.10 Расчетпереливного устройства
 Расчет переливногоустройства сводится к выполнению условия:
 а)
/> ; (3.33.)
 где Fпер=0,045 м2 – площадьперелива тарелки [9] ;
 Lm= 5040 кг/кг= 1,4 кг/с – массовый расход жидкости ;
 ρж= 854,6 кг/м3 – средняя плотность жидкости ваппарате ;
 Hмт=0,3 м –расстояние между тарелками ;
 R1 = 0,25 – коэффициент [9];
 R2= 0,65 – коэффициент [9];
 Тогда :
 /> ;
 
 Условие выполняется.
 б)
 /> ; (3.34.)
 где lпер = 0,4 м – периметр слива тарелки ;
 Q= 0,035 м – зазор между основанием тарелки и нижнейкрышкой сливного стакана.
 /> ;
 Условие выполняется.
Работа переливногоустройства обеспечивается.
 
 3.1.11 Определениетолщины тепловой изоляции
 Рассчитаем толщинутеплоизоляции по формуле :
 /> где
 />-температура изоляционного материала со стороныколонны, ˚С
 /> -температура изоляционного материала со стороныокружающей среды, ˚С
 /> - температура окружающего воздуха, ˚С
 /> = 0,09 – теплопроводность изоляционного материала,Вт/м2
 /> = 9,3∙0,058∙/> — коэффициент теплоотдачи от внешней поверхноститеплоизоляции в окружающую среду, Вт/м2∙К
 />= 9,3∙0,058∙35=18,8 Вт/м2∙К
 />= /> ; (3.35.)
 />= /> ;
 Толщина теплоизоляции />= 0,055м

 3.2.Технологическийрасчет теплообменника
3.2.1 Целью расчета является определениеосновных размеров теплообменника
3.2.2 Исходные данныедля расчета
 Расход обводненногорастворителя Gp = 1кг/с ;
 Начальная температураобводненного растворителя: t1н= 15˚С;
 Конечная температураобводненного растворителя: t1к =65˚С
 Нагрев осуществляетсянасыщенным паром, давлением р=0,1 МПа, с температурой t2н = 99,1˚С.
 
3.2.3 Расчет ведемсогласно [6]
Расчетная схема теплообменникапоказана на рисунке 3.3.
 
3.2.4 Схемараспределения температур в теплообменнике
 Qn = 99,1˚C ↔ Qn = 99,1˚C
 t1н = 15˚C → t1кон = 65˚C
 />˚C />˚C
 />/>
 Средний температурныйнапор при противотоке :
 /> ;/>˚С
 
 3.2.5 Определениетепловой нагрузки
 Q=GP∙CP∙(t1k-t1н), (3.35.)
 где СР =3268,2Дж/кг∙К – теплоемкость обводненного растворителя
 Q=1∙3268,2∙(65-15) = 163410 Вт
3.2.6 Выбортеплообменника
 По рекомендации /6/ принимаемкоэффициент теплопередачи от пара к жидкости Кор = 250 Вт/м2К.
 Ориентировочнуюповерхность теплообменника определяем по формуле :
 Fор=/>, (3.36.)
 где К=250 Вт/м2К– минимальное ориентировочное значение коэффициента теплопередачи.
 F = />
 Принимаем теплообменниктипа ТУ имеющий следующие характеристики [6]:
 D=325 мм; />=20x2 мм; z=1
 F=12,5 м2; L=2,0м
3.2.7 Уточненныйтепловой расчет теплообменника
 Скорость движенияобводненного растворителя в межтрубном пространстве определяем по формуле :
ωP = /> /> (3.37.)
 где />м2 – площадь проходного сечения помежтрубному пространству
 />/>кг/м3 – плотностьобводненного растворителя
 ωP= />м/с
 Критерий Рейнольдса: Rep =/>, (3.38.)
где γ = 0,364∙10-6 м2∙с — кинематическая вязкость обводненногорастворителя.
Rер/>
 Критерий Прандтля.
Рr = />/>, где />Вт/м∙К – теплопроводностьобводненного растворителя
Рr = />
 Коэффициенттеплопередачи к обводненному растворителю
 /> =/>
/>= />Вт/м2∙К
 Коэффициенттеплопередачи от конденсирующего пара, согласно [6],
 /> = 10000 Вт/м2∙К
 Коэффициент теплопередачиопределяем по формуле :/>
 К= />, где (3.39.)
 Где λ =46 Вт/м∙К – теплопроводность углеродистойстали
 /> — термическое сопротивление обводненного растворителя
/> — термическое сопротивление со стороны пара(конденсата)
Тогда К=/> Вт/м2К
Требуемая поверхностьтеплообменника составляет :
F=/> F=/>м2
Согласно [6] следует, чтоподходит кожухотрубчатый теплообменник с U-образными трубками длиной L=2,0 м и номинальной поверхностью />=12,5м2 .
При этом запас Δ=/>=25%
 3.3. Прочностнойрасчет основных элементов оборудования
 
3.3.1 Расчетректификационной колонны
3.3.1.1 Целью расчетаявляется определение толщины стенки обечайки корпуса аппарата, работающего подвнутренним давлением.
3.3.1.2 Исходныеданные для расчета
— внутренний диаметробечайки D=0,5 м
— рабочая температура Т=100˚С
— рабочее давление Р=0,02 МПа
— материал обечайки стальВСт3сп
3.3.1.3 Расчетобечайки аппарата
 Толщина обечайки корпусааппарата определяется из условия прочности и устойчивости. Расчет ведемсогласно [7],
Исполнительная толщинаобечайки аппарата
 S≥Sp+С(3.40.)
Где Sp – расчетная толщина обечайки, м;
С=С1+С2+С3– суммарная прибавка к расчетной толщине стенки, м;
С1= 0,002м –прибавка для компенсации коррозии и эрозии.
С2= С3=0– прибавка для компенсации минусового допуска и технологического допускасоответственно.
Расчетная толщинаобечайки аппарата определяется по формуле :
Sp = />, где φ =1 – коэффициент прочности сварного шва (3.41.)
[σ] = 149 МПа – допускаемое напряжение для стали ВСт3сппри t=100˚C
Sp = />
S ≥ 0,0011+0,002 = 0,0032 м
Принимаем толщину стенкиобечайки S=5 мм
Пробное давлениеопределяем по формуле :
Рпр = 1,25∙р∙/>, (3.42.)
где [σ]20 = 154 МПа – допускаемое напряжение длястали
ВСт3сп при t=20˚C
 Рпр= 1,25∙0,02∙/> МПа.
Давление пригидроиспытании определяем по формуле :
Рг.u= Рпр +Pг, где Pг = />=1000∙9,81∙9,5=0,09МПа (3.43.)
 Рг.u=0,08+0,09=0,17 МПа
Проверяем выполнениеусловия:
 Рг.u Рг.u  МПа 1,02>0,028 (3.44)
 Условие не выполняется,следовательно нужно производить расчет при гидроиспытании.
 Толщина стенки обечайкипри гидроиспытании определяется по формуле:
 Sp1 =/>, (3.45.)
 где /> - допускаемое напряжение при гидроиспытании. (3.46.)
 />МПа – предел текучести для стали ВСт3сп при t = 20˚C
 />МПа, тогда Sp1= />
 S≥0,0013+0,002=0,0033 м
 Исходя из конструктивныхсоображений принимаем толщину стенки обечайки S=0,009 м, так как обечайка изготавливается из трубы ø529x9 мм.
 Проверяем выполнениеусловия устойчивости обечайки по формуле:
 />где F –осевая сжимающая сила МН; (3.47.)
 /> — допускаемая осевая сжимающая сила, МН;
 М – изгибающий момент,действующий на колонну от ветра МН∙м;
 /> — допускаемый изгибающий момент от ветровой нагрузки,МН∙м;
Допускаемая осеваясжимающая сила рассчитывается по формуле :
/>, (3.48)
где /> - допускаемая осевая сжимающая сила из условия
прочности, МН; (3.49.)
/>-допускаемая осевая сжимающая сила из условияустойчивости Мн; (3.36)
 Допускаемая осеваясжимающая сила из условия местной устойчивости в пределах упругостиопределяется по формуле :
/>(3.50.)
 Допускаемая осеваясжимающая сила из условия общей устойчивости в пределах упругости определяетсяпо формуле :
/>; (3.51.)
Где Е=1,91∙105МПа – модуль продольной упругости
/>=2,4 – коэффициент запаса прочности.
/>= 2,83∙ℓпр/(D+S–c) – гибкость ,(3.52.)
 где ℓпр = 23,4 – приведенная расчетная длинаобечайки
 ℓпр = 2∙9,=19 м (3.53.)
/>= />, тогда
/>= />
/>МН
/>= min/>=0,44МН
/>= π∙(0,5+0,009-0,002)∙(0,009-0,002)∙149=1,7 МН
/> =/> МН
 Допускаемый изгибающиймомент определяется по формуле/> :
/>,/> (3.54.)
Где /> = 0.25π∙D∙(D+S-c)∙(S-c)∙/> - допускаемый изгибающий момент из условия прочности, МН∙м (3.55.)
/> — допускаемый изгибающий момент из
 условия устойчивости впределах упругости, МН∙м
/>=0,25∙3,14∙0,5∙(0,5+0,009-0,002) ∙(0,009-0,002)∙149=0,21 МН∙м
/>=/>МН∙м
/> МН∙м/>/>/>
 Осевая сжимающая сила врабочих условиях определяется по формуле:
/>, где
/> — вес обечайки колонны, МН(3.56.)
/> (3.57)
/>= 7850 кг/м3 – плотность углеродистой стали;
/>= 0,0025 м3– объем днища;
 />= 0,0118 МН- вес внутренних устройств (3.58.)
/> = 0,0014 МН – вес среды в аппарате
/> = 2∙0,31∙0,008∙7850∙9,81=381,96Н=0,000381МН
/>= 0,011 Мн – вес изоляции
/> = />МН
/> = 0,0139+0,000381+0,0118+0,0014+0,011=0,03848МН
 Для определенияизгибающих моментов, для разных состояний аппарата воспользуемся программойрасчета изгибающего момента от ветровой нагрузки
 « STR 3» на ЭВМ. Данные расчета приведенына рисунке 3.2.
 Подставляя полученныеданные в формулу (3.47) получаем
— условие устойчивостиаппарата в рабочих условиях:
 /> получим />
Устойчивость обечайки приS= 0,009 м обеспечивается
колонного типа постоянного по высоте сечения
 
(расчет произведен по программе STR3. ВЦ Д/Ф НГТУ 2008г.)
Исходные данные для расчета 1 Внутренний диаметр корпуса аппарата, м 0.5000 2 Наружный диаметр корпуса аппарата, м 0,5300 3 Толщина стенки обечайки корпуса, м 0.0090 4 Суммарная прибавка к расчетной толщине стенки обечайки, м 0.0020 5 Высота аппарата (от уровня земли), м 13.9800 6 Высота постамента (от уровня земли), м 0.0000 7 Высота опоры (от уровня земли), м 4.0000 8
Вес аппарата в рабочих условиях (включая вес обслуживающих
площадок, изоляции, внутренних устройств и рабочей среды, МН 0.0481 9 Вес аппарата при гидроиспытаниях (включая вес жидкости, заполняющей аппарат), МН 0.0543 10
Минимальная нагрузка аппарата от собственного веса в условиях
монтажа (после установки аппарата в вертикальное положение, МН 0.0357 11
Максимальная нагрузка аппарата от собственного веса в условиях
монтажа, МН 0.0467 12 Наружный диаметр опорного кольца, м 0.7500 13 Коэффициент неравномерности сжатия грунта 70.0000 14 Модуль продольной упругости материала аппарата при рабочей температуре, МПа 0.191Е+06 15 — при температуре 20˚С, МПа 0.199Е+06 16 Нормативный скоростной напор ветра на высоте 10 метров над поверхностью земли, МПа 0.0003 17 Число участков (вместе с опорой) 20.00 18 Число площадок обслуживания 4.00
Определение расчетных усилий от ветровых нагрузок для аппарата
колонного типа постоянного по высоте сечения (расчет произведен по программе STR3. ВЦ Д/Ф НГТУ 2008г.)
Исходные данные для расчета
19. Высота ј-й/> площадки обслуживания
от уровня земли (начиная с верху)
20. Сумма всех проекций ј-й площадки
на плоскость, перпендикулярную к
направлению ветра.
Х (1) = 13.2500
Х (2) = 11.2500
 Х (3) = 8.7500
 Х (4) = 4.0000
А (1) = 1.5000
А (2) = 1.5000
А (3) = 1.5000
А (4) = 1.5000
Результаты расчета (по программе STR3) Расчетные изгибающие моменты от действия ветровых нагрузок
М1- в рабочих условиях ;
М2 – в условиях гидроиспытания;
М3 – в условиях монтажа (минимальная нагрузка от собственного веса) ;
М4 — в условиях монтажа (максимальная нагрузка от собственного веса) ;
Сечение аппарата Z-Z
Сечение аппарата Y-Y
М1 – 5.12512Е-02
М2 – 5.09076Е-02
М3 – 1.88534Е-02
М4 – 5.11770Е-02
М1 – 8.24998Е-02
М2 – 8.19395Е-02
М3 – 2.99189Е-02
М4 – 8.23847Е-02
 
 3.3.1.4 Расчетэллиптического днища аппарата
 Целью расчета являетсяопределение толщины днища аппарата, нагруженного внутренним избыточнымдавлением. Расчетная схема днища показана на рисунке 3.3
 Данные для расчета :
 - внутренний диаметрднища D=0,5м
 - рабочее давление Р =0,02 МПа
 - рабочая температура Т=100˚С
 - материал днищастальВСт 3 сп
Расчетная толщина стенкиднища определяется из условия прочности [7].
 Исполнительная толщинастенки днища аппарата определяется по формуле:
 S≥/>+c
 Расчетная толщина стенкиднища определяется по формуле:
 />=/>, (3.59.)
 где R=D –для эллиптических днищ с Н=0,25 D
 />=149 МПа – допускаемое напряжение для стали ВСт 3 сппри Т=100˚С
 />= /> S≥0,0001+0,002=0,0021м
 Принимаем толщину стенкиднища S=5 мм.
 Из приведенных вышерасчетов, видим, что необходимо производить расчет при гидроиспытании.
 Толщина днища пригидроиспытании определяется по формуле :
 />=/> (3.60.)
Sp≥ 0,0013+0,002=0,0033 м
Принимаем толщину стенкиднища S=0,008м из условия лучшейсвариваемости.
3.3.1.5 Расчетукрепления отверстия
Целью расчета являетсяукрепление отверстия в стенке корпуса колонны, работающего под внутреннимдавлением.
Расчетная схема приведенана рисунке 3.4.
Данные для расчета :
нутренний диаметробечайки D=0,5м
— исполнительная толщинастенки обечайки S=0,009м
— диаметр условногопрохода штуцера dу = 250 мм
 Расчет ведем согласно [8],
Отверстие считаетсяодиночным, если ближайшее к нему отверстие не оказывает на
него влияния, иудовлетворяет условию :
 в ≥/> (3.61.)
где в =0,5м – расстояниемежду смежными отверстиями
/> = 0,5м – расчетный диаметр укрепляемого элемента дляцилиндрической обечайки, тогда :
 в ≥/>=0,12м
 0,5>0,12 – условие(3.49) выполняется.
 Определяем диаметротверстия, не требующего укрепления, считая, что все отверстия аппаратаявляются одиночными.
/>, (3.62.)
Где /> = 0,0013м – расчетная толщина стенки обечайки
  S = 0,009м – исполнительная толщинастенки обечайки
/>= 2∙/>
То есть отверстие dу = 250мм не требует укрепления./>/>
3.3.1.6 Расчет опоры
 Целью расчета является выборстандартной опоры и расчет ее элементов.
Расчетная схема показанана рисунке 3.5.
 Данные для расчета :
— внутренний диаметробечайкиD=0,5м
— рабочая температура t = 100˚C
— материал опоры стальВСт 3 сп
Определяем максимальную иминимальную приведенные нагрузки для выбора стандартных опор.
/> , где (3.63.)
М1 = 82499 Н –изгибающий момент в нижнем сечении опорной обечайки в рабочих условиях.
М2 = 81939 Н-изгибающий момент в нижнем сечении опорной обечайки в условиях гидроиспытания.
F1 = 48100 H- осевая сжимающая сила в рабочих условиях.
F2 = 54300 H — осевая сжимающая сила в условиях гидроиспытания.
/>
/> (3.64.)
где М3 = 29918Н – изгибающий момент в нижнем сечении опорной обечайки в условиях монтажа (безтеплоизоляции);
F3 = 35700 Н – осевая сжимающая сила в условиях монтажа(без теплоизоляции)
/>
 По найденным />и />в соответствии [ 3 стр. 288] выбираемопору типа
3 – 500 –160 –80 – 4000 ОСТ26 – 467–78.
 Опора имеет следующиепараметры :
D1 = 700 мм, D2 = 450 мм, Dб = 620 мм ;
d = 45 мм, d1 = 70 мм, d = М30, n=10, S1 = 9 мм
S2 = 20 мм, S3 = 20 мм, h = 300 мм
 Проверка опоры длярабочих условий.
 Прочность сварногосоединения опоры с корпусом определяется условием:
/>/>(3.65.)
где /> = 149 МПа – допускаемое напряжение для материалакорпуса аппарата в сечении z-z при t = 100˚С;
/>= 149 МПа – допускаемое напряжение для материала опорыв сечении z-z при t =100˚С.
/> = 0,7 – коэффициент прочности сварного шва [ 3 стр. 306]
/> = 9 мм – расчетная толщина сварного шва, тогда
/>
32,4 МПа
 Проверяем условиеустойчивости в сечении y-y
/> (3.66.)
 где /> - допускаемая осевая сжимающая сила, МН(3.67.)
/> - допускаемая осевая сжимающая сила из условияпрочности, МН; (3.54)
/> — допускаемая осевая сжимающая
сила из условияустойчивости, МН;(3.68.)
где /> - допускаемое напряжение для стали ВСт 3 сп при t=20˚С
Е = 1,99∙105МПа – модуль продольной упругости;
D = 0,5м – диаметр нижней части опоры.
/>= 3,14∙(0,5+0,009-0,002) ∙(0,009-0,002) ∙154=1,72МН
 />= />
/> МН
 Допускаемый изгибающиймомент находим по формуле:
/> (3.69.)
/> (3.70.)
/> (3.71.)
Тогда />МН∙м
/>МН∙м
/> МН∙м
 Проверяем выполнениеусловия устойчивости сечения: Y-Y
 />
0,28
 Проверка ширины итолщины опоры кольца
Ширина кольца: />= 0,5∙/> (3.72.)
Она должна удовлетворитьусловию:
/>, (3.73.)
где /> - болтовой окружности диаметр.
/> =10 МПа – допускаемое напряжение сжатия бетонафундамента (марка 500 СНиП 131-6г )[3стр.302],
Тогда /> = /> 
/>>/>= 0,027м – условие выполняется
Толщина нижнего опорногокольца S2 = 0,02 м и должна удовлетворять условию:
S2 ≥ /> = /> (3.74.)
Где х1 –коэффициент определяемый в зависимости от параметра />
Принимаем /> = 1 [3 стр. 309]
х1 = 0,5
/>= 0,5∙(D1-D*-S1) – ширина кольца выступающая наружу от обечайки опоры, (3.75.)
где D*= 0,5м – диаметр опоры.
/>= 0,5∙(0,75-0,5-0,009) = 0,121м
/> = /> - напряжение сжатия в бетоне, МПа (3.76.)
 />= />МПа
/> 
 /> > />= 0,0135м – условие выполняется.
оверка опоры для условийгидроиспытаний:
 Проверка прочностисварного шва (соединения) корпуса с опорой выполняется
по формуле:
/>/> (3.77.)
/>МПа
3,26 МПа
 Проверка устойчивости всечении Y-Y выполняется по формуле :
/>(3.78.)
 По формулам (3.67.) –(3.71.) для сечения Y-Y имеем:
 />МПа; />МН∙м
 Проверяем выполнениеусловия:
 /> - условие устойчивости выполняется.
Проверка ширины и толщиныопорного кольца по формуле (3.79.):
/>
/>
/>= 0,175м > />=0,027м – условие выполняется.
Расчетная толщинаопорного кольца определяется по формуле (3.80)
/> = 0,015м
/> >/>= 0,015м – условие выполняется.
Расчет показал, чтовыбранная опора обладает достаточной прочностью и устойчивостью.
3.3.1.7 Расчет болтовфланцевого соединения
Целью расчета являетсяпроверка болтов фланцевого соединения на прочность. Расчетная схема приведенана рисунке 3.6.
Данные для расчета:
/> = 500мм />=40мм z = 16
/>= 640мм />= М 20
/> = 600мм />=23мм
 /> = 562мм />= 2м
Материал фланца — стальВСт 3 сп. Материал прокладки — паронит марки ПОН. Материал болтов – сталь 35.
Расчет вспомогательныхвеличин.
Эффективная ширинапрокладки :
/>=21,2мм
Характеристику прокладкипринимаем по [11]
m=2,5
/>20 МПа – удельное давление обжатия;
/> = 130 МПа – допускаемоеудельное давление;
К = 0,9 – коэффициентобжатия.
/> = 2∙103 МПа – условный модуль сжатия
Податливость прокладкинаходим :
/> = /> МН/м(3.81.)
Податливость болтовнаходим:
 /> - расчетная длина болта, м (3.82.)
где /> =/> - длина болта между опорными поверхностями головки болта и гайки, м (3.83.)
 /> = 2∙40+2=82 мм = 0,082м
/>= 82 + 0,28∙20 = 87,67мм = 0,0876м
 />, (3.84.)
где /> — расчетная площадь поперечного сечения болта повнутреннему диаметру резьбы, />=16 – число болтов
 /> = />МН/м
 
Параметры фланца
Эквивалентная толщинавтулки />
Коэффициенты:
/> (3.85)/>
/> (3.86.)
/> (3.87.)
 />/> (3.88.)
Угловую податливостьфланца находим:
/> (3.89.)
Где /> (3.90.)
/>МПа – модуль продольной упругости для стали.
ВСт 3 сп при t = 20˚C
/>=/> м/Н∙мм
Плечи момента находим:
/> (3.91.)
/>
Коэффициент жесткостифланцевого соединения
 Фланцевое соединение, нагруженноевнутренним давлением:
 /> (3.92.)
 />/> (3.93.)
Расчет нагрузок.
 Равнодействующая внутреннегодавления:
 />(3.94.)
 Находим реакциюпрокладки в рабочих условиях:
 /> (3.95.)
 Находим нагрузку,возникающую от температурных деформаций:
 />+2/> (3.96.)
 />=/>
 />, (3.97.)
 где />˚С – температура фланца (3.98.)
 />/>˚С – температура болтов
 /> (3.85)
 Болтовая нагрузка Рбв условиях монтажа принимается большей из следующих значений:
 />, (3.99.)
 где M=0 – изгибающий момент
 F=0 – осевая сжимающая сила
 />= 1,74∙50783+35432+4925,4=128719,82Н
 />= 0,5/>(3.100.)
 />= /> (3.101.)
 Приращениенагрузки в болтах врабочих условиях находим:
/> (3.102.)
/>= (1-1,74)∙50783 — 4925,4= -42504,82Н
Расчет болтов
Проверяем прочностьболтов в условиях монтажа:
/> (3.103.)
/>, (3.104.)
где />МПа – допускаемое напряжение для болтов при t=20˚C
/>МПа — допускаемое напряжение для болтов при t=100˚C
/>= /> МПа
/>= /> МПа
Условие выполняется.
3.3.2. Расчеттеплообменника
3.3.2.1 Целью расчетаявляется определение толщины стенок кожуха, толщины трубной решетки, расчетопор
3.3.2.2 Исходныеданные
Наружный диаметр кожуха D=325мм
Диаметр трубок d=20x2мм
Шаг отверстий в решетке /> = 0,026м
Давление трубы(избыточное) :
в межтрубном пространстве/> = 0,02МПа
в трубном пространстве /> = 0,1МПа.
Расчетная температура :
в межтрубном пространстве/>˚С
в трубном пространстве />˚С
Материал деталей стальВСт 3 сп
Расчетная схема приведенана рисунке 3.7.
3.3.2.3 Расчетобечайки кожуха
Толщину стенки кожухаопределяем по формуле:
/>, (3.105.)
где />=151,2 МПа — допускаемые напряжения при t = 65˚С для стали ВСт 3 сп
/>=/>
Для условийгидроиспытаний в качестве расчетного принимают пробное давление из условия
 /> (3.106.)
 />= 154 МПа – допускаемое напряжение для стали ВСт 3 сп приt = 20˚С.
 /> 
Тогда: /> 
Исполнительную толщинустенки кожуха принимаем Sк = 8мм.
Допускаемое внутреннееизбыточное давление определяется по формуле:
/>, (3.107.)
где с – прибавка длякомпенсации коррозии и эрозии.
Для материалов, стойких кданной среде, при отсутствии данных о проницаемости рекомендуется принимать с =2мм.
/>.
/>
Рисунок 3.7. Расчетнаясхема аппарата
Допустимое внутреннееизбыточное давление существенно превышает рабочее давление и давление гидроиспытаний.
3.3.2.4 Расчет трубнойрешетки
Толщину трубной решетки,исходя из условий закрепления труб развальцовкой с обваркой, определяем поформуле [8]:
/> (3.108.)
/>= 0,02м — наружный диаметр трубок
 /> = 0,026м — шаг отверстий в решетке
 />= />> 0,01м
 Толщина трубной решетки,исходя из условий прочности решетки:
 /> (3.109.)
 φ0– коэффициентослабления решетки отверстиями.
 />= 0,415м – средний диаметр прокладки.
 φ0 =/>, (3.110.)
 где />= 20,8мм – диаметр отверстий в решетке
 φ0 =/>
 
 /> = 0,238∙0,415∙/>
 Исполнительную толщинутрубной решетки с учетом прибавки на коррозию из конструктивных соображенийпринимаем Sp = 20мм.
3.3.2.5 Расчетседловых опор аппарата
Вес аппарата с учетомтеплоизоляции принимаем />. Усилия на опоры будут максимальнымипри гидроиспытаниях аппарата.
Вес жидкости определим поформуле :
/> 
тогда общая нагрузка наопоры:
 />
 По [6] выбираем: опора20-167-1, число опор 2 шт, L=2600мм,D=325мм, Н=85мм,
 а = 500мм, е = 1000мм, в=180мм
Нагрузка балкиопределяется по формулам:
 />;(3.111.) /> (3.112.)
/>= /> />= 2,983/>
Опорное усилие: /> (3.113.)
Момент над опорами: /> (3.114.)
/>
Максимальный момент междуопорами:
/> (3.115.)
/> — /> 
/>
Рисунок 3.8. К расчетуседловых опор
 Поперечное усилие всечении над опорами :
 /> (3.116.)
/> 
 Проверим несущуюспособность обечайки в сечении между опорами:
 Условие прочности :
/> , (3.117.)
Где К9 = 1,1 –коэффициент, учитывающий частичное заполнение жидкостью
/>
 Условие выполняется.
 Проверим несущуюспособность обечайки в области опорного узла. Для этого определим параметры: />=2,83/> (3.118.)
/>= /> (3.105)
Общее осевое мембранноенапряжение изгиба, действующее в области опорного узла
/> (3.119.)
/>
Условие прочности:
/>,(3.120.)
 где /> — допускаемые опорные усилия от нагружения в осевом иокружном направлениях.
 />, (3.121.)
 где К10 =0,25 — коэффициент, учитывающий влияние ширины пояса опоры.
К12 = 0,84 — коэффициент,учитывающий влияние угла охвата.
 /> - предельные напряжения изгиба, МПа
 />, (3.122)
 Где /> и /> — коэффициенты: />=1,2; />=1
 />=1,2/>, тогда
/>
/>, где
К14 =0,46- коэффициент, учитывающий влияние угла охвата.
К16 = 0,96 — коэффициент, учитывающий влияние расстояния до днища
К17 = 0,29 — коэффициент, учитывающий влияние ширины пояса опоры.
/> — предельные напряжения изгиба, МН
/>=/>, где />= 0,52; />= 1 (3.123.)
/> = 0,52/>
/> = />
Тогда условие /> имеет вид
/>, т.е. условие выполняется.
Условие устойчивости:
/> (3.124.)
Где Fe- эффективное осевое усилие отмембранных напряжений, действующих в области опоры:
/> , К13 = 0,17; К15 =1 (3.125.)
 /> = 4047/>
 Допускаемую осевую силуопределяем по формуле:
/>, где (3.126.)
/> — допустимая осевая сила из условия прочности, МН
/> — допустимая осевая сила из условия устойчивости, МН
/>=/> (3.127.)
/>=3,14∙(0,325+(8-2)∙10-3)∙(8-2)∙10-3∙151=0,9МН
/>=/> (3.128.)
тогда /> 
Допускаемый изгибающиймомент определим по формуле:
/> (3.129.)
Где /> - допускаемый момент из условия прочности, МН∙м
 /> - допускаемый момент из условия устойчивости, МН∙м
 />= 0,25∙D∙/> (3.130.)
 />= 0,25∙0,325∙0,94=0,08 МН∙м
 /> = />(3.131.)
 />=/>
 />
Допускаемая поперечнаясила:
/> , (3.132.)
Где /> — допускаемая поперечная сила из условия прочности, МН
 /> - допускаемая поперечная сила из условияустойчивости, МН
 />= 0,25∙π∙D∙(S-c)∙/> (3.133.)
 />= 0,25∙3,14∙0,325∙(8-2)∙10-3∙151=0,23МН
 />=/> (3.134.)
 />=/>/>
 />
 
огда условие /> примет вид :
 />
 Условие выполняется.
 Таким образом, принятаятолщина стенки кожуха обеспечит прочность и устойчивость обечайки кожуха вместах установки опор без подкладных листов.

4. Расчет и выборстандартизированного вспомогательного оборудования
 
4.1. Подбор насоса
 
Подберем насос для подачиобводненного растворителя.
Исходные данные:
— Расход экстракта V=1,2∙10-3 м3/с
— Плотность /> = 850 кг/м3
— Вязкость /> = 0,65∙10-3 Па∙с
Геометрическая высотаподъема экстракта Н1 = 10м, расчет ведем согластно [11];
Общий напор, развиваемыйнасосами считаем так:
/>(4.1)
Где Р1 и Р2 — давление в пространстве нагнетания и всасывания, Р1 = Р2
 /> - напор, затрачиваемый на создание скорости илипреодоления трения и всех местных сопротивлений.
/>=/>/>(4.2)
Где /> - коэффициент трения
 /> — сумма коэффициентов всех местных сопротивлений.
Принимаем скоростьдвижения жидкости в нагнетательном трубопроводе />
 Тогда диаметртрубопровода:
/>=/>; />= />
Принимаем трубу />
Уточняем скорость:
/> /> = />
Величина критерияРейнольдса:
/>; />=/> (4.3)
Принимаем шероховатостьтруб />/>, для стальных труб с незначительнойкоррозией.
Величины: />; />
Имеем />, т.е. течение происходит в зоне для которой /> 
/> (4.4)
Принимаем длинутрубопровода />=40м
Трубопровод имеет 8отводов с углом φ = 90˚С, 7 вентилей прямоточных и измерительнуюдиафрагму, тогда:
/> 
/>=/>
Н=15+0,63=15,63м
Мощность потребляемаянасосом.
/>; />кВт
Выбираем насос НК 8/30, схарактеристикой:
/> м3/с; Н=24м; />= 4 кВт; n = 48,3 с-1

4.2. Подбор емкости
 
Подберем емкость сборарастворителя.
Необходимый объем емкостиопределим по формуле :
/>, (4.5)
где G = 0,4 кг/с – расход растворителя;
 />кг/м3 – плотность раствора;
 />= 10800 с – время заполнения емкости;
 />= 0,8 – коэффициент заполнения.
/> 
Выбираем емкость [6]диаметром D = 1800м, номинальный объем /> ,
Н=2550мм

5. Монтаж оборудования
 
5.1. Монтаж колонны.
 
5.1.1 Исходные данные
Колонна имеет диаметр500мм и длину 13980мм, масса колонны 3640 кг. Место установки: Нижегородская область, г.Кстово, промзона, завод ОАО «ЛУКОЙЛ-Нижегороднефтеоргсинтез».
5.1.2. Выбор способамонтажа
При выбореспособамонтажа колонны учитываем длительность работ и приведенные затраты.
Наиболее экономично вестиподъем колонны краном способом скольжения. При подъеме аппарата способомскольжения очень мал объем подготовительных работ. Но при таком способегрузоподъемность крана должна быть больше массы аппарата, а вот высота вылетастрелы может быть меньше высоты аппарата.
Подъем колонны осуществляетсякраном «Камаз-JONES» грузоподъемностью 25 тонн, которыйобладает хорошей проходимостью и маневренностью, и может передвигаться с грузомна крюке, а удельное давление на грунт невелико.
5.1.3 Описаниетехнологии монтажа
Перед проведением работдолжна быть подготовлена монтажная площадка, изготовлены фундаменты, площадкапокрыта сборными железобетонными плитами. При монтаже выполняют строповку нижевершины аппарата за специальные монтажные упоры, но выше центра тяжести.Аппарат выкладывают относительно фундамента таким образом, чтобы точкакрепления и ось фундамента находились на одной окружности описываемой стрелойкрана (рисунок 5.1).
Подъем ведут в такойпоследовательности:
Сначала поднимают вершинуаппарата при одновременном подтаскивании его нижней части лебедкой илитрактором. Для обеспечения горизонтального перемещения нижняя частьукладывается на монтажные сани. Скорость подтаскивания согласовывается соскоростью подъема, чтобы грузовой полиспаст находилсяв вертикальном положении. Плавный переход в вертикальное положение в этомслучае производят после того, как аппарат в наклонном положении устанавливаютна фундамент. Перевод осуществляется с помощью тормозной системы, котораяначинает работать, когда достигается неустойчивое равновесие аппарата. Послеустановки колонны на фундамент, производится нивелировка и окончательная выверка вертикального положения колонны икрепление его к основанию анкерными шпильками. Вертикальность колонны выверяютпо уровню или отвесу.
5.1.4 Характеристикаприменяемого грузоподъемного оборудования и такелажной оснастки
Для монтажа колоннывыбираем кран марки «Камаз-JONES»со следующими характеристиками:
— максимальный вылетстрелы – 28 метров;
— высота стрелы – 20 метров;
— грузоподъемность – 25тонн.
При монтаже колонныиспользовались троса марки ТК 6x61 соследующими характеристиками:
— диаметр – 12 мм;
— площадь сечения – 564,9мм2 ;
— разрывное усилие – 11350 кг.
 Соответствие междувылетом стрелы, грузоподъемностью и радиусом приведены в таблице 5.1.

5.2. Монтажтеплообменника
 
Теплообменный аппаратустанавливают на фундамент, который представляет из себя два железобетонныхстолба с анкерными болтами под опоры.
Теплообменникустанавливают на подвижную и неподвижную опору, поэтому болты перемещаются вовальном отверстии подвижной опоры в направлении температурного удлиненияаппарата. Гайки на болтах не затягивают на 1÷2 мм, чтобы аппарат могсвободно перемещаться в горизонтальной плоскости [18].
Монтаж теплообменникаосуществляется с помощью крана «Камаз-JONES». Вертикальность аппарата выверяют по уровню или отвесу, агоризонтальность только по отвесу. Чтобы исключить влияние местных неровностейкорпуса на качество выверки, уровень следует прикладывать к привалочнымповерхностям фланцев корпуса или в нескольких местах к корпусу [18].
После установки и выверкипроизводят контрольную разборку аппарата. При этом проверяют наличие прокладок,комплектность съемных деталей, правильность их взаимного расположения, наличиезазоров, расстояния мест вальцовки труб в трубных решетках.
При гидравлическомиспытании контролируется плотность соединений и прочность аппарата.

/>
Рисунок 5.1. Схемамонтажа колонны
/>
Рис.5.2 Высотныехарактеристики крана Jones20 RT

6. Ремонт оборудования
 
6.1. Годовой графикППР
 
Годовой график ППР блокарегенерации представлен в таблице 6.1.
 
6.2. Ремонт колонны
 
6.2.1 Подготовкаколонны к ремонту
Перед началом ремонтаполностью отключаются аппараты и трубопроводы установки от рабочей части схемыцеха. Остановку колонны осуществляет эксплуатационный персонал.Колонна пропаривается паром, а затем продувается инертным газом.
Отключение колонны откоммуникаций заглушками производит ремонтный персонал согласно соответствующейв цехе схеме установки заглушек под руководством начальника цеха. Послеподготовительных операций (пропарка, промывка) открываются люки колонны. Люкинужно открывать в строгой последовательности, начиная с верхнего когда колоннанаходится под паром, для предотвращения тока воздуха через колонну приодновременном открытии нижнего и верхнего люков. После пропаривания колоннапромывается водой и проветривается. Проветривание необходимо для охлажденияколонны и доведения концентрации продуктов в ней до допустимых санитарных норм.После окончания проветривания нужно провести анализ проб воздуха, взятых изколонны на разных высотных отметках. К работам внутри колонны разрешаетсяприступить только тогда, когда анализ покажет, что концентрация вредных газов ипаров не превышает предельно допустимых санитарных норм.
Перед проведениемкапитального ремонта до остановки агрегата, механик цеха или мастер по ремонтуоборудования, выполняющий ремонт, обязан составить дефектную ведомость, котораядолжна отвечать типовым объемам работ. Подготовленный к ремонту аппаратпринимает механик цеха от начальника смены по акту передачи оборудования времонт. Перед проведением такого ремонта, за сутки до начала работ механик цехаобязан письменно поставить в известность начальника цеха в необходимостиостановки и подготовки аппарата к ремонту в указанное и согласованное время сначальником цеха сроком. Выполнение работ фиксируется механиком в ремонтномжурнале.
6.2.2 Текущий ремонт
В ходе выполнениятекущего ремонта колонны производятся следующие виды работ:
— наружный осмотраппарата;
— частичная смена шпилеки гаек;
— ремонт изоляцииаппарата.
6.2.3 Капитальныйремонт колонны
Царговые колонны прикапитальном ремонте демонтируются на отдельные царги, демонтируются внутренниеустройства колонны(тарелки), производится чистка колпачков, при необходимостипроизводится полная замена колпачков, при сильном износе производится полнаязамена тарелки.
Ремонт колоннызаканчивается ее испытанием. При гидравлическом испытании колонна заполняетсяводой при открытой воздушке, установленной в верху колонны. Появление воды ввоздушке свидетельствует о заполнении колонны. После закрытия воздушки давлениев колонне медленно повышают до контрольной величины. При этом давлении аппаратвыдерживается 5 минут, затем давление снижают до рабочего. Аппарат считается выдержавшимгидроиспытание если не обнаружено:
а) течи, трещин, потенияв сварных швах и на основном металле;
б) течи в фланцевыхсоединениях;
в) видимых остаточныхдеформаций;
г) падения давления поманометру.