--PAGE_BREAK--
5.1.Расчет толщины обечаек.[4]
Исполнительную толщину стенки аппарата, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитывают по формуле:
где
p
–
внутреннее избыточное давление
р =
ρ
·
g
·
h
= 2,275·9,81·11,7 = 261,1
Па
ρ
–
средняя плотность пара в колонне;
h
–
высота колонны.
Так как среда является слабо агрессивной, то принимаем сталь
Х18Н10Т
, для которой = 134МПа.
С
–
прибавка к расчетным толщинам; С = ПТа= 0,1·20 = 2мм; П = 0,1мм/год
–
скорость коррозии; Та= 20лет
–
срок службы аппарата.
[] — допускаемое напряжение.
[] =
η
= 1·134 = 134МПа
η
= 1
–
поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки.
φ
= 1
–
коэффициент сварных швов.
По [4] толщину обечайки примем
s
= 6мм.
5.2. Расчет толщины днища и крышки.[4]
Эллиптические днище и крышка
Рис. 5.1.
Толщина стенки днища и крышки определяется по формуле:
R
–
радиус кривизны в вершине днища.
R
=
D
–
для эллиптических днищ с
H
= 0,25·
D
H
= 0,25·1600 = 400мм.
R
= 1600мм.
Принимаем толщину крышки и днища равной толщине стенки 6мм.
Длину цилиндрической отбортованной части днища по [4] принимаем равной
h
1
= 50мм.
5.3. Расчёт изоляции колонны.
[4]
Определим необходимую толщину слоя изоляции аппарата, внутри которого температура 111,7 0С. Примем температуру окружающего воздуха
t
=10 0С. Изоляционный материал
–
совелит.
Найдем коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией:
α
=9.74+0.07(
t
ст
—
t
возд
)= 9.74 + 0.07(35-10)=11.49 Вт/м2*К
t
ст
— температура со стороны окружающей среды,
t
ст
= 35 0С;
Найдем удельный тепловой поток:
q
=
α(
t
ст
—
t
возд
)=11.49(35-10)= 287.25 Вт/м2
Принимая, что все термическое сопротивление сосредоточено в слое изоляции, можно записать:
q
=
la
(
t
ст
—
t
возд
)/
b
где
la
= 0.098
–
теплопроводность совелита,
b
=
la
(
t
ст
—
t
возд
)/
q
= 0.098(111,7-10)/287,25 = 0,035 м
Т.к. наиболее горячая часть колонны
–
это куб, то для всей колонны можно принять ту же толщину изоляции.
5.4. Расчет штуцеров.
[4]
Расчет штуцеров сводится к диаметру штуцера:
ω
–
скорость жидкости 2м/с, скорость пара 20м/с.
Штуцер с приварным фланцем.
Рис. 5.2.
5.4.1 Штуцер для ввода исходной смеси.
VF
=
GF
/
r
F
= 5,0/900,5 = 0,005 м3/с
где .
По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром_____________________________________________________________________________________________________________________________ 89мм, с условным проходом
D
у
=80 мм.
5.4.2 Штуцер для ввода флегмы.
По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром_____________________________________________________________________________________________________________________________ 45мм, с условным проходом
D
у
=40мм.
5.4.3 Штуцер для отвода кубового остатка.
V
w
=
Gw
= 3,28 м3/с
По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром_____________________________________________________________________________________________________________________________ 57мм, с условным проходом
D
у
=50мм.
5.4.4 Штуцер для вывода паров дистиллята.
V
=
GD
(
R
+1)/
ρ
П
r
П
=
r
' = 2,45 кг/м3 — плотность пара вверху колонны
V
= 1,72(0,951+1)/2,45= 1,37м
3
/с
По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром_____________________________________________________________________________________________________________________________ 325мм, с условным проходом
D
у
=300мм.
5.4.5 Штуцер для ввода паров кубовой смеси.
V
=
GW
/
r
П
r
П
=
r
″
= 2,1кг/м3 — плотность пара внизу колонны
V
=3,28/2,1=1,56 м3/с
По ОСТ 26-1404-76 примем штуцер с наружным диаметром_____________________________________________________________________________________________________________________________ 377мм с условным проходом
D
у
=350мм.
Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 1255-67
Фланец штуцера
.
Рис. 5.3.
Табл.5.1.
Список штуцеров
Назначение штуцера
Условный проход, мм
Наружный диаметр, мм
Число болтов, шт
Размер болтов
Ввод исходной смеси
80
89
8
М16
Ввод флегмы
40
45
4
М16
Вывод кубового остатка
50
57
4
М16
Вывод паров дистиллята
300
325
12
М20
Ввод паров кубовой остатка
350
377
16
М22
5.5. Расчет весовых характеристик и высоты аппарата. Расчет толщины стенкиопоры и катета сварного шва, соединяющего опору с корпусом.
5.5.1. Расчет высоты аппарата. [
2
]
H
общ
= 3900(высота тарельчатой части) + 2000(опора) + 2800(до 1-ой тарелки) + 1600 (от последней тарелки) + 600(высота крышки) + 200(вылет штуцера) + 2·50(высота отбортовки) + 500(добавка на люк) = 11700 мм = 11,7 м
H
цил
= 2800 + 1090 + 3900 + 2·50 = 7890 мм = 7,89 м
H
ж
=
n
·
h
пор
+ 1.3(переливной порог) = 14·0,05 + 1,3 = 2,0 м
5.5.2. Расчет веса аппарата.
[4]
Общий вес аппарата оценим путем расчета веса его частей:
Q
— вес корпуса;
Q
— вес жидкости в колонне;
Q
— вес тарелок.
Вес корпуса:
Q
=
Q
+
Q
где
Q
ц
— вес цилиндрической части корпуса;
Q
— вес днища и крышки.
D
–
внутренний диаметр колонны;
s
–
толщина обечайки;
Н
— высота цилиндрической части корпуса;
ρ
м
— плотность стали, 7850кг/м3.
Q
=
m
дн
·
g
= 5
19
·9,81 =
5091,39
Н
Вес жидкости:
V
— объем днища, 2,037м3 [
4
]
ρ
ж
— плотность воды, 715,36кг/м3.
Вес тарелок:
5.5.3 Катет сварного шва.
L
— длина шва;
τ
— допустимое напряжение материала, 80МПа.
Примем
h
= 5мм, т.к. катет шва технологически не может быть меньше половины наименьшей толщины свариваемых деталей.
5.5.4 Толщина стенки цилиндрической опоры:
— допустимое напряжения сжатия стали, 100МПа
Принимаем толщину цилиндрической опоры 6мм.
6. РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
6.1. Тепловой и материальный расчет. [1]
Горячий раствор в количестве
GD
= 1,72 кг/с охлаждается от
t
1н
= 82
˚
C
до
t
1к
= 30
˚
С. Начальная температура воды
t
2Н
= 15
˚
С, в результате охлаждения горячего раствора вода нагревается на 20
˚
С, конечная температура воды
t
2К
= 35
˚
С. Горячая жидкость при средней температуре
t
1ср
= 56
˚
С имеет следующие физико-химические характеристики:
ρ
1
= 840 кг/м3,
λ
1
= 0,14 Вт/м.К,
μ
1
= 0,4078.103 Н.с/м2, с1 = 1885,5 Дж/кг.К. Вода при средней температуре
t
2ср
= 25
˚
С имеет следующие физико-химические характеристики:
ρ
2
= 997 кг/м3,
λ
2
= 0,6 Вт/м.К,
μ
2
= 0,894.103 Н.с/м2, с2 = 4190 Дж/кг.К.
6.1.1. Определение тепловой нагрузки аппарата.
6.1.2. Расход воды.
6.1.3. Определение среднелогарифмической разности температур.
∆
t
= [(82-30)-(35-15)]/
ln
(52/20)= 34
˚
С
6.1.4. Ориентировочный выбор теплообменника:
Примем ориентировочное знечение кр. Рейнольдса
Re
1ОР
= 15000, определим соотношение
n
/
z
для труб диаметром
d
= 20х2мм, 25х2мм:
продолжение
--PAGE_BREAK--