Технологический расчет колонны дистилляции

Колонна дистилляции

Подогретый до температуры 160°С раствор карбамида направляется в колонну дистилляции.

Колонна дистилляции представляет собой вертикальный аппарат, состоящий из трех частей:

-  верхняя – сепарирующая часть имеет кольцевой распределитель раствора с тангенциальным вводом;

-  средняя – подогреватель, представляет собой вертикальный кожухотрубный теплообменник пленочного типа, вверху на  трубчатку установлена насадка, каждая трубка  насадки имеет патрубок с тангенциально расположенными боковыми  отверстиями, для создания пленочного режима в трубках теплообменника

-  нижняя часть – сборник раствора предназначен для поддержания уровня в аппарате.

Реакционная смесь через распределитель вводится в серарационную часть колонны дистилляции. Здесь из раствора отделяются газы, выделившиеся при дросселировании, а раствор вступает в тепло- и массообмен с восходящими газами и распределяется по трубкам подогревателя.

В межтрубное пространство подогревателя подается паровой конденсат среднего давления из конденсатоотводчика. Температура выходящего раствора 160 ºС регулируется клапаном на выходе парового конденсата из межтрубного пространства теплообменника За счет тепла конденсата происходит разложение карбамата и отгонка продуктов разложения (аммиака, двуокиси углерода, паров воды) в виде газовой фазы.

Раствор карбамида, стекает из трубок подогревателя в сборник раствора.

Газы дистилляции  выходят из верхней части колонны дистилляции с температурой (140-160) ^оС.

На выходе из сепаратора газы орошаются раствором углеаммонийных солей.

Технологический расчет колонны дистилляции

Плотность плава карбамида

ρ=900 кг/м³

Вязкость плава карбамида

µ=2,58*10^-3Па*с

Массовый расход плава карбамида

G=60000кг/ч

Давление среды расплава

Рр=0,04МПа

Температура расплава начальная

Tpn=160 С

Температура греющего пара

tп=187,1 С

Давление греющего пара

Рп=1,2МПа

Режим течения в трубах – пленочный, ламинарный, Re=400 при средней толщине пленки 0,002м. и внутреннем диаметре труб 0,016м.

Объемный расход расплава Vp=0,019 м³/с

Площадь сечения, занимаемая пленкой расплава в одной трубе d=20х2мм

Sp1=- =  –  = 2.01*10^-4 – 1.13*10^-4 = 8.79*10^-5м²

Скорость течения плава карбамида в трубах

Re= , следовательно

ω= =  = 0,108 м/с

Суммарная площадь поверхности сечения пленки расплава в трубах

Fтр=Vр/ω=0,019/0,108=0,1759м²

Коэффициент, учитывающий отношение общей площади сечения трубы к сечению, занимаемому расплавом.

k=S₁₆/S_р1=2,29

Количество труб диаметром 20х2мм

n=k*Fтр/ Sp1=2.29* =4580 шт.

Диаметр кожуха теплообменного аппарата

D= 2,0 м.

При длине труб l= 6м., площадь поверхности теплообмена составляет

Sп=1400м²

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ АППАРАТА

Исходя из выбранного типа выпарного аппарата толщина стенки равна S=10 мм. Проверим толщину стенки аппарата на прочность.

где Р – внутреннее давление в корпусе аппарата;D – диаметр аппарата; [σ]- допускаемое напряжение для материала оболочки; φ – коэффициент безопасности сварного шва (для ручной электродуговой сварки φ=0.95);С – расчетная прибавка, учитывающая физико-химические условия и отклонения и допуски на толщину проката.

где  - прибавка на коррозию (принимаем =0);  -  прибавка на возможность эрозии, если рабочая среда движется с огромной скоростью и несет абразивные частицы (принимаем =0 );  - допуск на отклонение толщины листа проката от номинального размера (принимаем =0.0015 м ).

где предел текучести стали марки Ст20 при расчетной температуре ; n – коэффициент запаса прочности.

 Прочность обеспечена.

Мы нашли толщину аппарата в рабочем состоянии, проверим толщину стенки  аппарата на прочность при гидравлических испытаниях.

Пробное давление при гидравлическом испытании:

  Прочность обеспечена.

Проверим аппарат на устойчивость под действием внешних нагрузок по ГОСТ 14249-89. В соответствии с формулой допускаемое внешнее критическое давление будет равно:

где – модуль упругости (для стали  ); S – толщина стенки оболочки; D – диаметр аппарата; С – расчетная прибавка, учитывающая физико-химические условия и отклонения и допуски на толщину проката (=0.0015 м); - коэффициент запаса устойчивости( ); ; - длина аппарата.

Тогда

 больше атмосферного давления (0.0981), следовательно, при атмосферном давлении оболочка не потеряет устойчивость.

Принимаем толщину стенки греющей камеры и сепаратора выпарного аппарата S=10 мм.