Определение диаметра штуцеров

Диаметры штуцеров определяем из уравнения расхода:

1)Штуцер для вывода пара из колонны. Скорость примем равной 10 м/с:

Берем D_y = 300 мм

2) Штуцер для подачи флегмы в колонну. Скорость подачи флегмы примем равной 1 м/с:

 

Берем D_y = 40 мм

 

3) Штуцер для отвода кубового остатка. Скорость примем равной 1 м/с:

Берем D_y = 80 мм

 

4) Штуцера для присоединения кипятильника. Из-за незнания объемного потока расхода жидкости, поступающей в кипятильник, диаметры штуцеров можно определить по формулам (7, с.48):

Берем D_y = 250 мм и 300 мм соответственно.

5) Штуцер для подачи исходной смеси. Скорость потока примем 1 м/с:

Берем D_y = 50 мм

№	Dу (мм)	dв (мм)	H (мм)	s (мм)

 

Расчет опоры

Химические аппараты устанавливают на фундаменты чаще всего с помощью опор. Поскольку в нашем случае отношение , мы выбираем опору для вертикальных аппаратов типа I (5, с.672).

Толщина цилиндрической стенки опоры принимается равной или несколько меньше, чем толщина стенки корпуса аппарата. Примем:

Внутренний диаметр опоры равен наружному диаметру колонны:

Внутренний диаметр кольца:

Наружный диаметр кольца:

Опорная площадь кольца:

Момент сопротивления опорной площади кольца:

Максимальное напряжение сжатия на опорной поверхности опорного кольца в Мн/м² определяется по формуле (5, с.689):

Номинальная расчетная толщина опорного кольца:

Принимаем .

Расчет эллиптического днища (крышки)

Толщина стенки эллиптического днища:

Радиус кривизны в вершине днища:

Примем эллиптическое днище с Н = 0,25D. Получаем:

Днище сварное, состоит из двух частей:

Нормативное допустимое напряжение для стали марки Х17Н13М2Т (5, с.84), коэффициент η принимаем равным 1.

Получаем:

Учитывая коэффициент запаса прочности 2,4 и тот факт, что днище ослаблено вваренным штуцером, мы принимаем:

s = 10 мм

Расчет тепловой изоляции

Рассчитываем изоляцию кубового кипятильника. В качестве материала для тепловой изоляции выбираем совелит (85% магнезия + 15% асбеста), λ = 0,098 Вт/м*К (1, с.529, табл.XXVIII).

Исходное уравнение:

Термическое сопротивление стадии конденсации греющего пара и кондуктивность стенки практически не влияют на толщину слоя изоляции, поэтому уравнение преобразуется к виду:

Рассчитаем коэффициент :

Получаем:

Коэффициент рассчитываем по формуле:

Потери в окружающую среду:

Подставляем полученные значения в уравнение:

Принимаем .

Расчет центробежных насосов

Центробежные насосы применяются для подачи исходной смеси на тарелку питания и для откачки продуктов разделения из колонны.

1) Центробежный насос для перекачки исходной смеси:

Геометрическая высота подъема смеси Н_геом = 7,4 м

Температура 20°С

Располагаем 2 отвода под углом 90° и 2 прямоточных вентиля.

Скорость течения жидкости 0,747 м/с

Диаметр трубопровода d_пит = 50 мм

Режим течения:

Вязкости ацетона и бензола (1, с.516, табл.IX):

Коэффициент гидравлического сопротивления для d_э/e = 50/0,2 = 250 (1, c. 20, рис 1.5)

Сумма коэффициентов местных сопротивлений (1, с.520-521):

Полный напор, развиваемый насосом:

Мощность насоса:

По каталогу принимаем (14, с.10):

насос марки 1,5АХ-6

D = 85 мм

Н = 10 м

n = 29000 об/мин

N = 0,6 кВт

η = 38%

Габаритные размеры (14, с.13):

ширина – 190 мм

высота – 287 мм

длина – 587 мм

2) Центробежный насос для перекачки флегмы:

Геометрическая высота подъема смеси Н_геом = 21 м

Располагаем 2 отвода под углом 90° и 2 прямоточных вентиля.

Скорость течения жидкости 0,956 м/с

Диаметр трубопровода d_пит = 40 мм

Режим течения:

Вязкости ацетона и бензола (1, с.516, табл.IX):

Коэффициент гидравлического сопротивления для d_э/e = 40/0,2 = 200 (1, c. 20, рис 1.5)

Сумма коэффициентов местных сопротивлений (1, с.520-521):

Полный напор, развиваемый насосом:

По каталогу принимаем (14, с.9):

насос марки 1,5АХ-4

D = 120 мм

Н = 23,7 м

n = 2900 об/мин

N = 1,5 кВт

η = 37%

Габаритные размеры (14, с.13):

ширина – 190 мм

высота – 292 мм

длина – 586 мм

Подбор емкостей

Рассчитаем размеры емкостей из условия непрерывной работы установки в течение 6 часов. Коэффициенты запаса примем равными 0,7.

1) Емкость для хранения исходной смеси:

2) Емкость для хранения дистиллята:

3) Емкость для хранения кубового остатка:

По каталогу принимаем емкости (10, табл.6):

Назначение	Vном м3	Vраб м3	D мм	L мм	Условное обозначение
Хранение исходной смеси		52,4			ГЭЭ1-1-63-0,6
Хранение кубового остатка		20,9			ГЭЭ1-1-25-0,6
Хранение дистиллята		34,3			ГЭЭ1-1-40-0,6

Расчет и подбор конденсатоотводчиков

Для отвода конденсата, образующегося при работе теплообменных аппаратов, в зависимости от давления пара применяют различные виды устройств.

При начальном давлении 0,06 МПа и более рекомендуется устанавливать конденсатоотводчики поплавковые муфтовые, которые надежно работают при перепаде давления более 0,05 МПа, при постоянном и переменном режиме расходования пара.

1) Расчетное количества конденсата после теплообменного аппарата:

2) Конденсатоотводчики устанавливают на некотором расстоянии от теплообменного аппарата, поэтому давление перед конденсатоотводчиком отличается от давления греющего пара:

3) Давление пара после конденсатоотводчика:

Перепад давления:

4) Степень переохлаждения конденсата:

Условная пропускная способность:

Принимаем конденсатоотводчики для кубового кипятильника и для подогревателя сходной смеси (13, с.14-15):

45Ч13НЖ3

KV_y = 0,25 т/час

D_у = 15 мм

диаметр сменного седла d = 3 мм

D = 150 мм

H = 244 мм

Список используемой литературы

1) Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А., Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии, М: ООО «РусМедиаКонсалт», 2004

2) Дытнерский Ю.И., Борисов Г.С., Основные процессы и аппараты химической технологии, М: Химия, 1991

3) Справочник химика, т.1, М: Госхимиздат, 1962

4) Варгафтик Н.Б., Справочник по теплофизическим свойствам жидкостей и газов, М: «Наука», 1972

5) Лащинский А.А., Толчинский А.Р., Основы конструирования и расчета химической аппаратуры, Л: «Машиностроение», 1970

6) Айнштейн В.Г., Общий курс процессов и аппаратов химической технологии, М: Химия, 1999

7) Носов Г.А., Захаров М.К., Конструктивное оформление колонных аппаратов, М: МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2000

8) Михеев М.А., Михеева И.М., Основы теплопередачи, М: Энергия, 1977

9) Алексеев П.Г., Гольцова И.Г., Тепловые процессы: Методическое пособие для самостоятельной работы студентов, М: МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2007

10) Каталог, Емкостные стальные сварные аппараты, М: Цинтихимнефтемаш, 1982

11) Варфоломеев Б.Т., Карасев В.В., Тепловая изоляция аппаратов, М: МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 1989

12) Справочник «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника», М: Энергоатомиздат, 1983

13) Мясоедников В.М., Подбор и расчет конденсатоотводчиков, М: МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 1989

14) Каталог «Центробежные насосы типа АХ-(А,К,Е,И)», М: Цинтихимнефтемаш, 1972