Технологический и механический расчет насадочной колонны

 

 

а ) в дефлегматоре

 

 

б ) в водяном холодильнике дистиллята:

 

 

в ) в водяном холодильнике кубового остатка:

 

 

Суммарный расход охлаждающей воды:

 

 

 

 

 

 

 

5. . Механический расчет

 

Исходные данные:

Внутренний диаметр колонны: D = 2.4 м

Высота тарельчатой части  колонны с крышкой и днищем: H = 21.12 м

Расчетное время эксплуатации колонны: t_e = 25 лет

Средняя температура колонны (рабочая температура): t_ср = 96 ^oС

Рабочее давление в колонне: P_р = 1.013*10⁵ Па

Сталь: 12Х18Н10Т

Допускаемое напряжение материала  при температуре 20 ^oС:

σ_Д20 = 184*10⁶ Па

Допускаемое напряжение материала  при рабочей температуре:

σ_Д = 177*10⁶ Па

Предел текучести материала  при 20 ^oС:  σ_t20 = 276*10⁶ Па

Коэффициент прочности сварных  швов: φ = 1

Скорость коррозии материала  от действия заданной среды:

P_Кор = 0.0001

Плотность материала: ρ_met = 7900

Модуль упругости: E = 2.15*10¹¹ Па

 

 

1.  Определение толщины стенки обечайки

Допускаемое напряжение при гидравлических испытаниях:

σ_Доп = Па.

Плотность воды: ρ_v = 1000   ,   g = 9.8 м/с.

Расчетное давление:

P_рас = (P_р + g*H*ρ_v) = 3.083*10⁵ Па.

Давление при гидравлическом испытании:

 

Расчетная толщина стенки:

 

 

 

Прибавка на коррозию:

 

Исполнительная толщина  стенки:

 

Принимаем толщину для  колонных аппаратов:  s₁ = 0.01 м.

Проверка условий применимости формул:

 

 

 

 

 

 

Условие прочности:

 

 

 

2.  Определение толщины стенки эллиптического днища и крышки

 

Рисунок №6.

Расчетная схема эллиптического     днища

 

 

 

Радиус кривизны в вершине  днища и крышки:

 

 

Расчетная толщина стенки:

 

 

 

 

Исполнительная толщина  стенки:

 

 

Принимаем толщину стенки для колонных аппаратов:

s₂ = 0.01 м.

Проверка условий применимости формул:

 

 

 

 

 

 

 

Условие прочности:

 

 

 

Условие подбора длины  отбортованной части днища (толщина  стенки остается неизменной):

Длина отбортованной части  днища: h_Д = 0.4 м.

 

 

 

 

 

3.  Расчет и подбор штуцеров

 

Штуцеры не рассчитываются на прочность, а выбираются исходя из объемного расхода и обеспечения требуемой скорости потоков.

Определим объемные расходы  потоков:

 

 

 

 

 

 

Массовые расходы потоков:

,

,

,

.

 

Флегмовое число показывает отношение количество возвращаемой в аппарат флегмы к количеству отбираемого дистиллята. Следовательно:

Рабочее флегмовое число: R_f = 1.358

 

Скорости массовых расходов:

 

 

Расчет диаметров штуцеров:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор штуцеров: подбираем  стандартные штуцера согласно общим  техническим требованиям АТК 24.218.06-90

Штуцер для входа жидкости питания:

штуцер 100 - 0.6 – 1 – 1 - 155 АТК 24.218.06-90

Штуцер для выхода дистиллята:

штуцер 500 - 0.6 – 1 – 1 - 213 АТК 24.218.06-90

Штуцер для выхода кубовой  жидкости:

штуцер 80 - 0.6 – 1 – 1 - 155 АТК 24.218.06-90

Штуцер для входа флегмы:

штуцер 80 - 0.6 – 1 – 1 - 155 АТК 24.218.06-90

Штуцер для входа греющего агента:

штуцер 500 - 0.6 – 1 – 1 - 213 АТК 24.218.06-90

 

 

 

 

 

4.  Укрепление отверстий

 

Диаметр условного прохода:

Штуцер для входа паров  кубовой смеси:

 

Штуцер для ввода исходной смеси:

 

Штуцер для ввода флегмы:

 

Штуцер для отвода кубового остатка:

 

Штуцер для вывода паров  дистиллята:

 

Расчетные диаметры укрепляемых  элементов:

-для цилиндрических оболочек 

 

-для эллиптических днищ  при высоте H=0.25D:

Расстояние от центра укрепления отверстия до оси оболочки:

 

Высота днища и крышки:

 

Расчетный диаметр отверстия  в стенке обечайки, ось которого совпадает с нормалью к поверхности:

 

 

 

 

 

 

Расчетные длины штуцеров:

Расчетные длины внешней  и внутренней частей круглого штуцера, участвующие в укреплении отверстий  и учитываемые при расчете, определяют по формулам:

Длина внешней части штуцера:

 

 

 

 

 

 

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле:

 

 

 

 

 

Необходимость проведения расчета  на укрепления отверстий обечайки:

 

 

 

 

 

5.  Расчет фланцевого соединения

 

Рисунок №7. Фланцевые соединения с плоскими фланцами (с гладкой уплотнительной поверхностью).

Исходные данные:

Материал: Сталь 12Х18Н10Т

Материал для болтов: сталь 35Х

Допускаемое напряжение для  материала болта при рабочей  температуре:

 

 

Внутренний диаметр колонны:

 

Допускаемое напряжение для  стали 12Х18Н10Т при рабочей температуре

96 ^оC:

 

Средняя температура в  колонне (рабочая температура):

^оC

МПа 

Рабочее давление в колонне:

 

Предел текучести материала  при 20 ^оC:

 

Толщина стенки обечайки:

 

Расчет фланцевого соединения:

Диаметр болта (рекомендуемый) наружный:

(3, стр. 94, табл. 1.40)

Нормативный зазор:

 

Диаметр болтовой окружности фланцев:

 

Конструктивная добавка  для размещения гаек по диаметру фланца:

 

Наружный диаметр фланцев:

 

Нормальный параметр e для плоских прокладок:

 

Наружный диаметр прокладки:

 

Ширина прокладки (плоская, не металлическая, паронит):

 

Средний диаметр прокладки:

 

Шаг расположения болтов:

(3, стр.97, табл. 1.43)

Количество болтов, необходимых  для обеспечения герметичности  соединения:

 

 

Примем количество болтов, кратное четырем:

 

Высота фланца:

(для плоских  фланцев)

 

Принимаем высоту фланца

 

 

 

 

 

 

Толщина прокладки:

 

Расстояние между опорными поверхностями гаек:

 

Расчетная длина болта:

 

Нагрузка, действующая на фланец:

 

 

Реакция прокладки:

 

Коэффициент:

(3, стр.98, табл.1.44)

Расчет усилий, возникающих  от температурных деформаций.

Температурный коэффициент  линейного расширения материала  фланцев (12Х18Н10Т):

 

Для болтов 35Х:

 

Расчетная температура низколегированных  фланцев:

Расчетная температура  болтов:

^оС

 

Для болтов из стали 35Х:

 

Расчетная площадь поперечного  сечения болта (3, стр.98):