Реконструкция основного оборудования отделения абсорбции производства олеума, страница 4

Радиус вихревой камеры:

По величине =0,5, =30, _С=0,45.

А_ЖZ=0,7 главный параметр форсунки

-коэффициент распада тангенциального канала.

Диаметр тангенциального канала:

Принимаем d_ВХ=12 мм

Расстояние от оси форсунки до оси тангенциальных каналов:

Число Рейнольдса тангенциальных каналов:

Находим при

Расчётный коэффициент расхода тангенциальных каналов:

Главный параметр форсунки:

Приближённое значение относительного радиуса:

Число Рейнольдса вихревой камеры:

При

Относительная длина вихревой камеры:

Относительная длина вихревой камеры с учётом трения:

Главный параметр относительно сопла: Z_Ж=Z=0,5*1,414=0,707

По Z_Ж=0,707, ₃=0,33

При ₃=0,33, =0,9 [10]

Относительный радиус ₁=₃=0,9*0,5*0,33=0,148 , из графика [рис.23.10] =0,92.

Главный параметр форсунки относительно вихревой камеры с учётом вязкости жидкости:

Коэффициент расхода форсунки относительно вихревой камеры:

Или по отношению к соплу:

Расход жидкости через форсунку:

4.2. Прочностной расчёт холодильника

1. Обечайка корпуса

Расчётное давление Р_R=0,4Мпа

Температура t_R=25 C

Материал ВСт3сп5 ГОСТ 14637-79

Допускаемое напряжение []=140Мпа

Где D=1м – диаметр кожуха теплообменника

=1, коэффициент прочности сарного шва

С учётом прибавки на коррозию:

Окончательно принимаем с запасом S=6мм

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

1. Укрепление отверстий

Расчётный диаметр обечайки D_R=D=1м.

Ширина рабочей зоны укрепления в обечайке:

Расчётный диаметр одиночного отверстия не требующего укрепления:

Так как для штуцера с D_у 200 мм, d_R=220мм укрепление не требуется.

1. Расчётные параметры трубной решётки

Коэффициент перфорации трубной решётки:

Где d_T=0.038м – наружный диаметр трубы;

S_T=0.0025м – толщина стенки трубы;

Z_T=317 – число труб;

А₁ – расстояние от оси аппарата до оси наиболее удалённой трубы:

Расчётный коэффициент перфорации трубной решётки:

Где S_пр=0,030 м – глубина развальцовки труб;

S_P – толщина трубной решётки:

T_R=0,048м – шаг отверстий в решётке.

Принимаем S_P=0,04м

Коэффициент, учитывающий жёсткость трубной решётки:

₀=0,17 – коэффициент жёсткости перфорированной плиты при _Р=0,47;

d₀=0,039м – диаметр одиночного отверстия

Цилиндрическая жёсткость трубных решёток:

Где Е_Р=2,15*10⁵ Мпа – модуль упругости материала решётки;

D_=0,092-0,207*2,15*10⁵*0,018³=0,024 МН*м

1. Основные характеристики жёсткости и упругости элементов аппарата

Модуль упругости основания:

Где Е_Т=2,15*10⁵Мпа – модуль упругости материала труб;

L=4м - расстояние между трубными решётками.

Девиационный коэффициент основания:

Где l_ПР=0,29*l_П2=0,29*0,65=0,1885м; l_П2=0,65м - расстояние от трубной решётки до второй перегородки;

J_T – момент инерции поперечного сечения трубы:

Коэффициенты:

S₁ – толщина стенки в месте приварки к решётки, S₁=S_E= S₀=0,008 м

Жесткость стенки кожуха при изгибе:

R₁=1,073м – расстояние от центра тяжести сечения фланца до оси аппарата

Жёсткость фланцевого соединения при изгибе:

Приведенное отношение жёсткости труб к жёсткости кожуха:

Приведённое отношение жёсткости труб к жёсткости фланцевого соединения:

Коэффициенты учитывающие влияние давления среды в аппарате на изгиб фланцев кожуха и камеры соответственно:

Коэффициенты, учитывающие влияние беструбного края решётки на поддерживающую способность труб:

1. Расчёт усилий

Приведённое давление:

_К, _Т – коэффициенты линейного расширения материалов кожуха и труб.

_К=_Т=15,1*10^-6 1/ос

температура кожуха аппарата t_K=21 C;

температура стенок труб t_T=35 C;

температура сборки аппарата t₀=20 C.

Вспомогательная величина p₁:

Изгибающий момент и поперечная сила в месте соединения решётки с кожухом:

Изгибающий момент и поперечная сила, распределённые по контуру перфорированной части трубной решётки:

Изгибающий момент и осевая сила в месте соединения кожуха с трубной решёткой:

Изгибающий момент и осевая сила в месте соединения трубы с решёткой:

Осевая сила в месте соединения трубы с решёткой:

1. Проверка прочности и жёсткости труб

Условие выполняется.

Условие выполняется.

Нагрузка на единицу площади при соединении труб с решёткой:

Напряжение при срезе сварного шва:

 - расчётная высота сварного шва в месте приварки трубы к решётке.

Допускаемая нагрузка, приходящаяся на единицу площади условной поверхности [q]=14,7Мпа

Допускаемое напряжение при срезе сварного шва []=0,5[]=0,5*140=70Мпа

Условие прочности:

Условие выполняется.

Допускаемая разность температур в кожухе и трубах в аппаратах с неподвижными трубными решётками:

Что превышает действительную разность температур.

5. Выбор насосно-компрессорного и вспомогательного оборудования

Перемещение воздуха и газов в сернокислотном производстве осуществляется вентиляторами и дымонасосами – при напоре менее 1000 кгс/м² , нагнетателями – при напоре свыше 1000 мм.рт.ст. и отсутствии охлаждения газа в процессе сжатия; компрессорами, вакуум – насосами и воздуходувками водокольцевого типа.

Выбор машин для перемещения газов и воздуха производится исходя из требуемых производительности и давления.

5.1. Нагнетатели

Для перемещения газов служат нагнетатели (воздуходувки), устанавливаемые в системе после сушильного отделения. Газ, поступающий в газодувку охлаждён и очищен от примесей которые смогли бы вызвать коррозию – нарушить работу нагнетателя. В производстве серной кислоты все аппараты, расположенные до нагнетателя, работают при разрежении (в условиях вакуума); аппараты, расположенные в контактном и абсорбционном отделениях, то есть после нагнетателя – под некоторым избыточным давлением, по таблице 10.2 /9/.

При плотности газа ₀=1,46 кг/м³,

Разряжение на входе Р=4,9 кПа и t=50 С,

Производительности Q=20589,72 м³/час.

Выбираем нагнетатель : Q=5,72 м³/сек

400-12-3

у которого производительность 25000м³/час, Н – общий напор 17,15/1850 кПа/мм.вод.ст.

мощность электродвигателя N=250 кВт

частота вращения вала нагнетателя, n=2965 об/мин.

Расчёт нагнетателя:

1. объёмная производительность нагнетателя G=Q*₀=20589.72*1.46=29946.8 кг/ч

2. потребляемая мощность:

где Q – производительность нагнетателя, м³/сек; Н – полный напор, мм;  - плотность газа, кг/м³; g – ускорение силы тяжести м/сек²;  - КПД нагнетателя (0,7-0,85).

Для регулирования количества газа, подаваемого нагнетателями, на всасывающих и нагнетательных трубопроводах установлены задвижки. При пуске нагнетателя закрывают задвижку на линии всасывания и полностью открывают на линии нагнетания. Затем при достижении числа оборотов электродвигателя, задвижку открывают до тех пор, пока нагнетатель не будет давать нужное количество газа.

5.2. Центробежные вентиляторы

В зависимости от величины напора центробежные вентиляторы делятся на три группы: низкого давления – с напором до 100 кгс/м²; среднего давления – с напором 100-300 кгс/м²; высокого 300-1500 кгс/м².

Они служат для отсасывания или нагнетания значительных объёмов воздуха или газа при небольшом напоре.

Напор развиваемый вентилятором состоит из:

А) Н_СТ – напор на трение газа о стенки

Где =0,04 – коэффициент трения о стенки при малой степени коррозии;

L – длина газохода;

D – диаметр газоходов;

 - удельный вес газа при 0C и 760 мм.рт.ст., кг/м³;

 - скорость газа при, при Q=8000 м³/ч и D=600мм, =8м/с; по номограмме /9, с.237/ g=9,81 м/с².

 - коэффициент местных сопротивлений

=0,85+1+2+0,5=4,35, где =0,85 – вход в трубу с выступающим концом /9/;

=1 – плавный поворот на 90 /9/;

=2 – поворот на 90 с нишей /9/;

=0,5 – поворот на 45 /9/;

=1,7 кг/м³ – удельный вес газа

б) динамического напора:

полный напор:

мощность (в кВт)0 потребляемая вентилятором:

где _В=0,8; _n=0,98

по табл. IV-16 /9/ выбираем вентилятор

ЦЧ-70 с Q_min=7600 м³/ч; Н=24кгс/м²; n=500 об/мин; Q_max=15500 м³/ч; Н=100 кгс/м²; n=1000; =0,8

5.3. Насосы

Для орошения абсорберов в сернокислотных системах приходится перекачивать большое количество кислот . Орошающая кислота должна подаваться непрерывно и равномерно, перебои в её подаче приводят к нарушению технологического режима и потому недопустимы.

Для перекачивания серной кислоты и олеума применяют одноступенчатые насосы, типа Х, в горизонтальном исполнении, консольные с рабочими колёсами одностороннего входа. Производительность и напор центробежных насосов не зависит от плотности перекачиваемой жидкости, то есть центробежный насос поднимает одно и то же количество любой жидкости на одинаковую высоту.

Определим напор нашей установки для подачи Q=16938,78 м³/ч серной кислоты концентрацией (98%) при 50С по кислотопроводу общей длиной L=150м (включая высоту нагнетания Н_n=12м, всасывания Н_В=1м) со следующими местными сопротивлениями, вход в трубу с закруглёнными краями; два шороховатых колена =60; один отвод d/R=1,0; два нормальных вентиля.

По графику (рис.IV-17. 9) находим ; диаметр кислотопровода d=0,15м, скорость кислоты V=0,25м/с, сопротивление равно h₀=0.06м на 100мм. Для кислоты концентрацией 98,5% H₂SO₄ по рис. IV-8 /9/ находим f=1,6 – поправочный коэффициент.

Следовательно, h₀=1,5*0,06*1,6=1,144 м.

Потеря напора на местных сопротивлениях /9, по табл. IV-3/:

Тогда напор насоса

Мощность на валу насоса N_H (кВт) рассчитывается по формуле:

Q=16938,78 м³/ч=4,7м³/с – производительность насоса;

=1843,7 кг/м³ – удельный вес серной кислоты концентрацией 98,5%;

H=13,166 м – напор насоса;

=0,75 – КПД насоса;

откуда:

Выбираем по табл. IV-7 /9/ погружной одноступенчатый насос марки 2Х-9(Е)-5(1), у которого следующие технические характеристики:

Q=20м³/ч; Н=13,8м

Диаметр рабочего колеса d_K=115(135)

N=2900 об/мин, мощность на валу N_H=1,7 кВт.

Буква Е в скобках обозначает, что насос для олеума, моногидрата и сушильной кислоты, класс стойкости к кислоте II, цифра после букв – коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз.

5.4. Сборники кислоты и олеума

Сборники при олеумном и моногидратном абсорберах выполняются из стали Ст.3, а футерованы кислотоупорным кирпичом или кислотоупорными плитками. Штуцера большого диаметра также футеруют, штуцера малых диаметров защищают чугунными вкладышами. В тех штуцерах, где подводящая труба погружена в кислоту, ставят так же чугунные патрубки; сифоны для выхода кислоты, так же чугунные.

Сборники при олеумном абсорбере изготавливают так же Ст.3, иногда без футеровки; патрубки и сифоны стальные.

Выбираем бак олеума из Ст.3 с футеровкой. Цилиндрический, вертикальный.

D=3000мм, Н=2830мм

Объём бака: V=7,067*2,830=20м³

6. Монтаж оборудования

Поставка абсорбционной установки на площадку осуществляется по блокам: ёмкость, холодильник, скруббер Вентури.