Данные модернизируемой колонны

Ректификационная колонна выделения фракции 105-120 °С К-2.

Диаметр – 5000 мм

Высота - 67300 мм

Объём – 1293 м³

Число тарелок – 81 шт. клапанные четырёхпоточные.

Р_расч = 0,85Мпа

Т_{расч верха} = 200 °С

Т_{расч низа} = 250 °С

Среда :

Верх – фракция 105 - 120 °С

Низ – фракция 120 - 180 °С

 

Технологический расчет

Определение расчетных параметров

Для получения нужных данных воспользуемся программой HYSYS Aspentech. Введём начальный состав поступающего сырья, далее мы создаем входящий поток, назовём его К-1 и вводим в состав нужные значения, согласно действующей схеме установки (рис.1). Далее создаем колонну (Рис 2) и задаем в ней давление и температуру, входящие и выходящие потоки, флегмовое число, количество тарелок 81-практическое количество(58 теоретических) согласно текущим параметрам.

 

Рис. 1

 

 

Рис. 2

Рис. 3

Обоснование выбора насадки

После того, как мы ввели рабочие параметры, согласно нормам технологического режима: расход пара, плотность пара, приступаем к выбору насадок, для этого произведём расчёты четырёх насадок: ПР-125У; ПР-160У; ПР-250У; ПР350У и узнаем, какую насадку использовать дешевле.

Показание колонны при 58 теоретических тарелках с питанием на 28 и флегмовым числом 3.

Таблица 2.1

Название	1 тарелка	58 тарелка
Расход пара(газа) Kг/ч	1.977e+005 / 197000	2.050e+005 / 205000
Плотность пара(газа) Kг/	10.19	8.602

 

Согласно полученным данным произведём расчёты насадок: ПР-125У, ПР-160У, ПР-250У, ПР-350У.

И выберем наиболее экономичную по стоимости.

Обозначения в формулах:

F – Фактор скорости, W – Скорость , –Объёмный расход, S – Площадь сечения насадки, d –Диаметр насадки, H – Высота насадки, V- Объём насадки, P- Плотность пара, m – Расход пара, R – Радиус насадки.

 

Используемые формулы для расчётов:

 

; ; ; ; ; ; R= .

 

Стоимость определим умножив V *

Расчёт для насадки ПР-125У:

Я тарелка

1. F=2,8 /( )

2. = = =0,9 м/с

3. = =19401 = 5,39

4. = =6м

5. ; d= =2.8 м

6. =21,5 м

7.

8.

Я тарелка

1. F=2,8 /( )

2. = = =0,96 м/с

3. = =23831,7 = 6,62

4. = =6,9 м

5. ; d= =3 м

6. =23,08 м

7.

8.

 

Расчёт для насадки ПР-160У

Я тарелка

1. F=2.5 /( )

2. = = =0.8 м/с

3. = =19401 = 5.39

4. = =6.74 м

5. ; d= =3 м

6. =17.5 м

7.

8.

Я тарелка

1. F=2,5 /( )

2. = = =0.85 м/с

3. = =23831,7 = 6.62

4. = =7.8 м

5. ; d= =3.2 м

6. =18,8 м

7.

8.

Расчёт для насадки ПР-250У

Я тарелка

1. F=2,3 /( )

2. = = =0,72 м/с

3. = =19401 = 5,39

4. = =7.5 м

5. ; d= =3.2 м

6. =10.8 м

7.

8.

 

Я тарелка

1. F=2,3 /( )

2. = = =0,79 м/с

3. = =23831,7 = 6,62

4. = =8.4 м

5. ; d= =3.4 м

6. =11,6 м

7.

8.

Расчёт для насадки ПР-350У

Я тарелка

1. F=1.9 /( )

2. = = =0,6 м/с

3. = =19401 = 5,39

4. = =9 м

5. ; d= =3.4 м

6. =7.8 м

7.

8.

 

Я тарелка

1. F=1.9 /( )

2. = = =0,65 м/с

3. = =23831,7 = 6,62

4. = =10.2 м

5. ; d= =3.6 м

6. =8,4 м

7.

8.

Из полученных данных, делаем вывод: насадка ПР-125Y самая выгодная по стоимости.

Теперь высчитаем стоимость корпуса аппарата с данными насадками, для этого воспользуемся формулами: для расчёта боковой площади колонны S_бок=2Пrh ; площади основания S_осн=П ;

площади поверхности цилиндра S_p=2 S_осн+ S_бок. ;

Также рассчитаем приблизительную толщину стенки с прибавкой на коррозию 2 мм.

Рассчитаем по формуле:

Где:

P= 0,85

D= Диаметр насадки

= 162

= 1

Зная массу стали в кубе 7850 кг и стоимость кубометра стали 100 тыс. руб. вычислим итоговую массу и стоимость корпуса.

 

Расчет итоговой массы и стоимости корпуса для насадки ПР-350Y:

Тар. ПР-350У

S_осн=3,14* =3,14*2,89=9,08

S_бок=2*3,14*1,7*7,8=83,3

S_p=2*9,08+83,3=101,5

V₁=83,3*0,012=1

= = =8,9+2 = 10,9 мм округляем до 12мм

 

 

Тар. ПР-350У

S_осн=3,14* =3,14*3,24=10,2

S_бок=2*3,14*1,8*8,4=94,6

S_p=2*10,2+94,6=115

V₂=94,6*0,012=1,14

V_расч= V₁+ V₂=1+1,14=2,14

= = =9,5+2 = 11,5 мм округляем до 12мм

 

Итоговая масса: 2,14*7 850=16,799 тонн

Итоговая стоимость: 100 000*16 799=1,68 млн. руб.

Расчет итоговой массы и стоимости корпуса для насадки ПР-125Y:

Тар. ПР-125У

S_осн=3,14* =3,14*1,96=6,15

S_бок=2*3,14*1,4*21,5=189,03

S_p=2*6,15+189,03=201,4

V₁=189,03*0,012=2,3

= = =7,4+2 = 9,6 мм округляем до 10мм

 

Тар. ПР-125У

S_осн=3,14* =3,14*2,25=7,07

S_бок=2*3,14*1,5*23,08=217,4

S_p=2*7,07+217,4=231,6

V₂=217,4*0,012=2,61

V_расч= V₁+ V₂=2,3+2,61=4,91

= = =7,9+2 = 9,9 мм округляем до 10мм

Итоговая масса: 4,91*7850=38,5 тонн

Итоговая стоимость: 100000*38,5=3,85 млн. руб.

Расчет итоговой массы и стоимости корпуса для насадки ПР-160Y:

Тар. ПР-160У

S_осн=3,14* =3,14*2,25=7,07

S_бок=2*3,14*1,5*17,5=164,9

S_p=2*7,07+164,9=179,1

V₁=164,9*0,012=2

= = =7,9+2 = 9,9 мм округляем до 10мм

Тар. ПР-160У

S_осн=3,14* =3,14*2,56=8,04

S_бок=2*3,14*1,6*18,8=188,9

S_p=2*8,04+188,9=205

V₂=188,9*0,012=2,3

V_расч= V₁+ V₂=2,3+2=4,3

= = =8,4+2 = 10,4 мм округляем до 12мм

 

Итоговая масса: 4,3*7850=33,8 тонн

Итоговая стоимость: 100000*33,8=3,38 млн. руб.

Расчет итоговой массы и стоимости корпуса для насадки ПР-250Y:

Тар. ПР-250У

S_осн=3,14* =3,14*2,56=8,04

S_бок=2*3,14*1,6*10,8=108,52

S_p=2*8,04+108,52=124,6

V₁=108,52*0,012=1,3

= = =7,9+2 = 9,9 мм округляем до 10мм

Тар. ПР-250У

S_осн=3,14* =3,14*2,89=9,08

S_бок=2*3,14*1,7*11,6=123,9

S_p=2*9,08+123,9=142,1

V₂=123,9*0,012=1,5

V_расч= V₁+ V₂=1,3+1,5=2,8

= = =8,9+2 = 10,9 мм округляем до 12мм

 

Итоговая масса: 2,8*7850=21,98 тонн

Итоговая стоимость: 100000*21980=2,2 млн. руб.

Из расчетов видно, что использование насадки ПР-350У будет более приемлемо, несмотря на то что насадка ПР-125У выходит самой экономичной на первый взгляд, однако колонна с данной насадкой будет значительно выше и тяжелее, нежели использование насадки ПР-350У, которая будет стоить немного дороже, но при этом будет значительно легче и ниже по высоте, что заметно упростит и ускорит процесс строительства данной колонны. Поэтому принято решение использовать насадку ПР-350У. Так как есть разница в диаметрах нижней и верхней частей, принято решение сделать единый диаметр 3,6 м без переходов, для этого рассчитаем нижнюю часть колонны с новым диаметром.

Тар. ПР-350У

S_осн=3,14* =3,14*3,24=10,2

S_бок=2*3,14*1,8*7,8=88,2

S_p=2*10,2+88,2=108,6

V₁=88,2*0,012=1,06

V_расч= V₁+ V₂=1,06+1,14=2,2

= = =9,5+2 = 11,5 мм округляем до 12мм

 

Итоговая масса: 2,2*7850=17,270 тонн

Итоговая стоимость: 100000*17,270=1,73 млн. руб.

 

Теперь после всех расчётов составляем таблицу предварительной стоимости насадок с учётом стоимости корпуса.

Таблица предварительной стоимости колонны с насадками.

Таблица 2.2

Тип насадки	ПР-125 Y	ПР- 160 Y	ПР-250 Y	ПР-350 Y
Эффективность, т.т./м	1,2-1,3	1,5-1,6	2,4-2,6	3,5-3,6
Фактор скорости, кг 0,5/(с*м0,5)	2,8	2,5	2,3	1,9
Стоимость, руб./м3	100 000	115 000	177 000	244 000
1-ая тарелка
Диаметр насадки, м	2,8		3,2	3,6
Высота насадки, м	21,5	17,5	10,8	7,8
Объем насадки, м3				70,2
Стоимость насадки, млн. руб.	12,9	13,6	14,34	17,3
56-ая тарелка
Диаметр насадки, м		3,2	3,4	3,6
Высота насадки, м	23,08	18,8	11,6	8,4
Объем насадки, м3	159,3	146,6	97,5	85,7
Стоимость насадки, млн. руб.	15,9	16,9	17,3	20,9
Высота колонны, м	44,6	36,3	22,4	16,2
Масса корпуса колонны, т	38,5	33,8		19,6
Стоимость металла (100 т. руб. за тонну), млн. руб.	3,85	3,38	2,2	1,96
Итого, млн. руб.	32,65	33,88	33,84	40,2

 

После того, как мы определились с насадкой, можно приступать к прочностному расчету колонны.

 

 

3. Прочностной расчёт аппарата

 

Прочностной расчет данного проекта включает в себя прочностной расчет основных элементов аппарата, проверка прочности стенки аппарата в местах крепления строповых устройств, выбор опоры аппарата, расчёт ветровой нагрузки. Расчет проводится в соответствии с требованиями ГОСТов.