Насадочная ректификационная колонна для разделения смеси ацетон – вода. Описание технологической схемы. Обоснование выбора и описание конструкции аппарата

радиус кривизны в вершине днища, для эллиптических днищ и крышек R=D=    =1,2 м

Исполнительная толщина стенки днища S = 0,00078 + 0,001 = 0,002м

Принимаем исполнительную толщину стенки днища 8 мм.

4.2.3. Для случая нагружения наружным давлением толщину стенки  определяем по формуле

                                                                (58)

где К_э = 0,9 коэффициент приведения радиуса кривизны эллиптического днища.

Рисунок 2

Для снижения отрицательного действия краевого эффекта, возникающего вследствие разности толщины стенок днища и обечайки, принимаем S_Д = 10 мм. Допускаемое наружное давление

Допускаемое давление из условия прочности определяем по формуле

допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости

                                                                   (59)

где                                                                                                          (60)

р = 0,005МПа < [р] = 1.1 МПа

Условие прочности выполняется.

5 РАСЧЕТ УКРЕПЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЯ

Расчет ведем согласно [10].

5.1. Расчетный диаметр отверстия, не требующего дополнительного укрепления

                                                                    (61)

Укрепим отверстие  d =500мм.

Рисунок 3

5.2. Условие укрепления отверстия

                                                            (62)

Расчетная толщина стенки штуцера

                                          (63)

Принимаем стандартный штуцер D_y = 500 мм; S = 20 мм; Н_т = 300 мм.

                                                              (64)

Расчетная ширина зоны укрепления:

                                                 (65)

                                (66)

Отверстие укреплено.

6. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РАСЧЕТ БОЛТОВ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ.

Согласно [7] конструкция фланцевого соединения принимается в зависимости от рабочих параметров аппарата. При р < 2,5 МПа и t < 300⁰С принимаются стальные плоские приварные фланцы. Поэтому выбираем плоские приварные с соединением шип - паз по ОСТ 26-426-79 с параметрами:

Фланец 80-10 ГОСТ 12828-79

D _ф = 185мм; D_Б= 150мм; D₁ = 128мм; D₂ = 116 мм; D₄ = 91 мм; h = 15 мм;

h₁ = 14 мм; z = 4 отв.

В качестве крепежных деталей во фланцевых соединениях принимаем болты М16, материал - сталь 35. В качестве прокладочного материала принимаем резину.

Рисунок 4

Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления определяем по формуле [2]:

                                                                                      (67)

где - средний диаметр прокладки, м

                                                                                                (68)

где  D_n = 115 мм - диаметр прокладки;

b_n = 13 мм - ширина прокладки.

Реакция прокладки в рабочих условиях:

                                                                                     (69)

где   - эффективная ширина прокладки

m = 1 - коэффициент по [7]

Усилие от температурных деформаций:

                                                                   (70)

где  - безразмерный коэффициент;

z_Б  = 4 - количество болтов;

  - площадь поперечного сечения болта;

 = 1,99 ∙ 10¹¹ Па - модуль продольной упругости материала болтов;

  - коэффициент линейного температурного расширения материала фланца;

- коэффициент линейного температурного расширения материала болтов;

 - расчетная температура фланца;

 - расчетная температура болтов;

Безразмерный коэффициент  согласно [7] определяется по формуле:

                                                                                                        (71)

                                                                                                                                            (72)

где у_n - податливость прокладки, м/Н;

у_Б - податливость болтов, м/Н;

у_Ф - податливость фланца, 1/Нм

                                                                                                                                                          (73)

где S_n  = 0,002 м - толщина прокладки;

Е_n = 17 Па - модуль продольной упругости материала прокладки.

Рисунок 5

                                                                                                    (74)

где  - расчетная длина болта, м

                                                                                 (75)

где  - безразмерный параметр

 = 0,38 - коэффициент, [7];

                                                                                      (76)

h - ориентировочная толщина фланца, м.

                                                                              (77)

где - коэффициент, равный

                                                                (78)

j - коэффициент.

                                                                                                              (79)

                                                                                                                                                                                          (80)

, принимаем

Тогда

Подставляя. в формулу получим:

Расчетная температура фланца и болтов определяем по таблице [7]

Болтовая нагрузка в условиях монтажа:

                            (81)

где а - коэффициент;

q = 4 МПа - параметр прокладки;

[σ_Б]²⁰ =130 МПа - допускаемое напряжение для материала болтов.

                                                                            (82)

                                                                                     (83)

Болтовая нагрузка в рабочих условиях:

                                                                               (84)

Проверим условия прочности болтов для условий монтажа и рабочих условий [7]:

                                                                      (85)   где  - допускаемое напряжение для материала болтов при   расчетной температуре.

Условия прочности соблюдаются.

7. ВЫБОР И РАСЧЕТ ОПОР.

ВЫВОДЫ.

В процессе выполнения проекта разработана конструкция насадочной колонны для разделения смеси ацетон - вода и проведены расчеты, подтверждающие работоспособность аппарата: технологический и прочностной.

В ходе технологического расчета ректификационной установки были определены следующие параметры:

– диаметр колонны Д = 1,2 м;

– высота насадочной колонны H = 35,45 м;

– число секций насадок n = 7;

– массовый расход дистиллята G_В = 1,9кг/с;

– массовый расход кубового остатка G_Н = 1,1 кг/с;

– флегмовое число R = 2,5.

Разделение бинарной смеси осуществляется в насадочной ректификационной колонне непрерывного действия под давлением. При расчете были использованы данные по изобарному равновесию пар – жидкость для системы ацетон – вода при нормальном давлении.

Приведенный расчет выполнен без учета влияния на основные размеры ректификационной колонны ряда явлений (таких как неравномерность распределения жидкости при орошении, обратное перемешивание, тепловые эффекты и др.), что иногда может внести в расчет существенные ошибки.

В процессе выполнения прочностного расчета проведены расчеты обечайки и днища на прочность и устойчивость, расчет укреплений отверстий, а также были выбраны стандартные фланцы и опора и произведен их расчет на прочность.

При расчете получили, что условия прочности выполняются.

Таким образом, разработанная конструкция насадочной колонны