123807 (Проект производства формалина), страница 20

температура трубок t_тр = 232^оС;

температура обечайки t_об = 73,25^оС;

толщина обечайки S_об = 0,009 м;

количество труб z = 2475, d - 38×2;

коэффициент линейного расширения стали:

при t₁ = 232^оС; ά_тр = 13,5 10^-6 1/^оС.

при t₂ = 73,25^оС; ά_об = 12,6 10^-6 1/^оС.

температура воды t_ср = 106,5^оС.

Требуемое для компенсации перемещение.

∆К = (20.28)

где, L – длина труб между трубными решетками, L = 4,2 м;

∆К = (13,5 10^-6 232 – 12,6 10^-6 73,25) = 0,009 м = 9 мм.

Разница между t₁ и t₂ составит 232 – 73,25 = 158,75^оС, что больше 50^оС, следовательно, необходимо наличие компрессора на обечайке.

По таблице 26.2 [2, с. 649] находим компенсатор.

D = 3386 мм;

S = 3 мм;

∆Λ = 8 мм;

Р_об = 0,15 МПа;

Р_р = 0,158 МПа.

Расчетное количество линз в компенсаторе:

(20.29)

Принимаем Z^' = 2.

19.11 Расчет опорных лап

Контактный аппарат по конструкции представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, установленный на открытой площадке. В таких случаях применяются опоры, которые размещаются снизу аппарата

Расчет опорных лап проводим по максимальной силе тяжести аппарата при заполнение его водой для проведения его гидравлического испытания.

Определим массу аппарата.

Вес обечайки реактора и подконтактного холодильника:

(20.30)

где, D_н и D_в наружный и внутренний диаметры обечайки, м;

D_н = D_в + 2S = 3,0 + 2 0,009 = 3,018 м.

j = 7900 кг/м³ – плотность стали 12Х18Н10Т;

j = 7800 кг/м³ – плотность стали 02Г2С.

(20.31)

(20.32)

Вес трубных решеток:

Вес днища и крышки стандартен и равен:

G_д = 217 + 217 = 434 кг.

Вес люков стандартен и равен:

G_л = = 1216 кг.

Вес патрубков стандартен и равен:

G_п = 104 + 163 + 8,31 + 4,15*2 = 283,61 кг.

Вес фланцев обечаек стандартен и равен:

G_ф = = 3184 кг.

Вес труб холодильника:

G_тр = (20.33)

где, ά – высота трубки, масса одной трубы равна 0,63 кг;

G_тр = = 7821 кг.

Вес теплоизоляции обечайки теплообменника:

(20.34)

где, D_в.из. и D_н.из. – диаметры внутреннего и внешнего слоя изоляции;

Н – высота изоляционной части.

D_н.из. = D_в.из. + = 3,018 + = 3,306 м. (20.35)

j₁ – плотность асбеста, j₁ = 350 кг/м³.

Общий вес аппарата:

∑G = 24435,18 кг = 24,44 тонны.

Определим массу воды в аппарате:

(20.36)

где, Н – высота аппарата;

j_H2O – плотность воды.

Максимальная масса аппарата:

(20.37)

Определим расчетную толщину ребра опоры:

(20.38)

где, G – максимальная масса аппарата, кг;

n – число лап (n = 4);

z – число ребер в одной лапе (z = 2);

σ_с – допускаемое напряжение на сжатие принимаем σ_с = 1000 кгс/см²;

l – высота опоры, принимаем l = 0,2 м.;

k – коэффициент, k = 0,6.

S_оп. = 0,01826 [м] = 18,26 [мм].

Определим высоту лапы:

(20.39)

Проверка: l/13 ≤ 0,019 [м].

0,2/13 = 0,015 ≤ 0,019.

Следовательно, S_оп определяем расчетной.

Общая длина сварного шва.

L_ш. = 4 (h + S_оп.) = 4 (0,4 + 0,01826) = 1,673 м (20.40)

Прочность сварного шва:

G/n ≤ (20.41)

где, h_ш – катет сварного шва, 0,008 м;

τ_ш.с. – допускаемое напряжение материала на срез, 800 кг/см².

19539,1 ≤ 74950,4.

Условия прочности выполнены. Принимаем опору ГОСТ 26 – 467 – 82.

20. ПОДБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1. Ректификационная колонна К2

Ректификационная колонна предназначена для разделения формалина от метанола.

Определение диаметра тарельчатой ректификационной колонны производится по формуле:

(21.1)

где, G – массовый расход проходящего по колонне пара, 20425 кг/ч или 5,67 кг/с;

- скорость потока, м/с.

Скорость потока определяется по формуле:

(21.2)

где, с – коэффициент, определяемый по рис.7.2 [6, 17], с = 0,065;

ρ_ж – плотность жидкой фазы, кг/м³ (ρ_ж = 714,75 кг/м³);

ρ_п – плотность пара , кг/м³ (ρ_п = 0,279 кг/м³).

Высота колонны:

(22.3)

где, n – число тарелок в колонне, n = 70;

h – расстояние между тарелками, h = 750 мм.

Принимаем Н_т = 52000 мм = 52 м.

2. Абсорбционная колонна К1

Абсорбционная колонна предназначена для поглощения формальдегида деминерализованной водой.

Определение диаметра тарельчатой ректификационной колонны производится по формуле:

где, G – расход проходящего по колонне газа, 32537,55 кг/ч или 9,04 кг/с;

ω – рабочая скорость газа, м/с;

принимаем ω_пр = 6,05 м/с, тогда

Высота абсорбционной колонны:

где, n – число тарелок в колонне, n = 24;

h – расстояние между тарелками, h = 600 мм.

3. Испаритель Е2а

Вертикальный сварной аппарат со встроенным секционным объемно-сетчатым брызгоулавителем. Материал – Ст09Г2С.

D = 2800 мм; Н = 7550 мм; V = 32 м³.

Требуемый объем испарителя определяем по формуле:

(22.4)

где, G – расход выходящей из него метаноло-воздушной смеси, G = 25302,74 кг/ч;

τ – время, на которое рассчитывается расход продукта (берется по технологическим соображениям ), = 0,5 ч;

К – коэффициент заполнения емкости, К = 0,6 – 0,8;

ρ – плотность смеси, ρ = 800 кг/м³.

Требуемый объем меньше, значит, аппарат справиться с нагрузкой.

3. Теплообменник Т2

Горизонтальный кожухотрубный аппарат. Материал – сборный: Ст16ГС, Ст10, Ст20.

Диаметр – 1000 мм; длина 4170 мм; площадь теплообмена 221 м³.

Назначение: для перегрева метаноло – воздушной смеси.

Рабочие условия:

Трубное пространство: Р = 0,07 МПа, Т = 150°С, среда – метанол.

Межтрубное пространство: Р = 0,6 МПа, Т = 180°С, среда – водяной пар.

Температурная схема теплообмена:

160°С → 160°С;

65°С → 125°С.

Принимаем значение коэффициента теплопередачи К = 60 Вт/м² *К (от конденсирующего пара к газу) [2, с. 365 таб. 4.8]:

∑Q = Q_мет + Q_возд, (22.5)

С_мет (при 60^оС) = 2703 Дж/кг*К,

С_возд. = 866 Дж/кг*К.

Q = (22.6)

∑Q = 627719,19 + 54743,9 = 682463,09 Вт.

Поверхность теплообмена:

(22.7)

Подбираем из [2, с. 51 таб. 2.3] по ГОСТ 15118 – 79.

диаметр кожуха D_кож. = 800 мм;

общее число труб n_тр. = 404 шт;

длина труб L_тр. = 6,0 м;

площадь поверхности теплообмена F = 190 м²;

диаметр труб D_тр - 25×2 мм.

4. Теплообменники Т3, Т4, Т5, Т6

4.1 Пластинчатый теплообменник Т3.

Теплообменник служит для охлаждения формалина, отводимого из куба колонны.

Рабочие условия:

Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (28 – 38)°С, среда – вода оборотная.

Полость горячего продукта: Р = 0,25 МПа, Т = 40°С, среда – раствор формалина.

Температурная схема теплообмена:

70°С → 40°С;

38°С ← 28°С.

Средняя разность температур: Δt_б = 70 – 38 = 32°С; Δt_м = 40 – 28 = 12°С.

ΔТ_ср = 20,4 К.

Требуемая поверхность теплообмена:

где, Q – тепловая нагрузка, Вт;

К – коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м³ [12, табл. 2.1, с.47];

ΔТ_ср – средняя разность температур, К.

F = 372 м², так как 3 теплообменника, то F = 123 м² каждый.

Принимаем по ГОСТ 15518 – 83 площадь поверхности теплообмена F = 125 м², число пластин N = 242 шт, масса аппарата М = 2662 кг, площадь одной пластины f = 0,5 м².

4.2 Пластинчатый теплообменник Т4.

Теплообменник служит для охлаждения раствора формалина, отводимого с глухой тарелки абсорбера.

Рабочие условия:

Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 – 15)°С, среда – вода захоложенная.

Полость горячего продукта: Р = 0,35 МПа, Т = 35°С, среда – раствор формалина.

Температурная схема теплообмена:

50°С → 35°С;

5°С ← 15°С.

Средняя разность температур: Δt_б = 50 – 5 = 45°С; Δt_м = 35 – 15 = 20°С.

ΔТ_ср = 31 К.

Требуемая поверхность теплообмена:

где, Q – тепловая нагрузка, Вт;

К – коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м³ [12, табл. 2.1, с.47];

ΔТ_ср – средняя разность температур, К.

F = 245,16 м², так как 3 теплообменника, то F = 81,7 м² каждый.

Принимаем по ГОСТ 15518 – 83 площадь поверхности теплообмена F = 80 м², число пластин N = 154 шт, масса аппарата М = 2040 кг, площадь одной пластины f = 0,6 м².

4.3 Пластинчатый теплообменник Т5.

Теплообменник служит для охлаждения деминерализованной воды, отводимой с глухой тарелки абсорбера.

Рабочие условия:

Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 – 15)°С, среда – вода захоложенная.

Полость горячего продукта: Р = 0,3 МПа, Т = 25°С, среда – деминерализованная вода.

Температурная схема теплообмена:

50°С → 35°С;

5°С ← 15°С.

Средняя разность температур: Δt_б = 50 – 5 = 45°С; Δt_м = 20 – 5 = 15°С.

ΔТ_ср = 21 К.

Требуемая поверхность теплообмена:

где, Q – тепловая нагрузка, Вт;

К – коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м³ [12, табл. 2.1, с.47];

ΔТ_ср – средняя разность температур, К.

F = 24,13 м², так как 3 теплообменника, то F = 8,04 м² каждый.

Принимаем по ГОСТ 15518 – 83 площадь поверхности теплообмена F = 8 м², число пластин N = 30 шт, масса аппарата М = 362 кг, площадь одной пластины f = 0,3 м².

4.4 Пластинчатый теплообменник Т6.

Теплообменник служит для охлаждения деминерализованной воды, отводимой с глухой тарелки абсорбера.

Рабочие условия:

Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 – 15)°С, среда – вода захоложенная, оборотная вода

Полость горячего продукта: Р = 0,3 МПа, Т = 25°С, среда – раствор слабого формалина.

Расчет теплообменника проводится аналогично предыдущему. Данный теплообменник справится с нагрузкой, так как его поверхность теплообмена составляет 180 м², что больше необходимой.

5. Насос поз.Н2

Техническая характеристика насоса: поз.Н2/1,2:

Насос центробежный, консольный, типа 1ЦГ100/32а – К – 11 – 5: Q = 156 м³/ч, Н = 49 м, среда – метанол. Материал – 12Х18Н10Т, 12Х13Н10.

Работа любого насоса характеризуется напором и мощностью при заданной подаче насоса (расходе жидкости). Полезную мощность насоса рассчитываем по формуле: