Конструирование и расчет элементов колонных аппаратов. Учебное пособие (1093152), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Однако для большейнаглядности примера рассмотрим расчет hсл с учетом уноса жидкости.Для того чтобы найти величину У , необходимо знать высоту пены натарелке hпн, , включающему, в свою очередь, величину hсл и высоту hпор.Величину hсл рассчитаем предварительно без учета уноса жидкости,тогдаhсл = 0,68(0,0087 / 1,42) 0,67 = 0,023 м ,где Vж =Gж25000== 0,0087 м 3 / с .3600ρ ж 3600 ⋅ 800Для определения высоты сливного порога рассчитаем высоту прорезей вколпачках.Примем колпачок с прямоугольными прорезями шириной b=4мм.Количество прорезей в одном колпачке zкп=26. Общее количество колпачков натарелке m = 86 (см.
табл. 7).При этих данных получим21,184,25= 0,045 м .hпр = 0,46 ⋅ 3 26860,0048004,25⋅⋅−Принимаем по табл. 5 высоту прорези hпр=30 мм.В этом случае пар будет проходить через нижнюю кромку колпачка. Дляобеспечения этого примем высоту установки колпачка hу=10 мм.Глубина барботажа при абсолютном давлении (атмосферном) p = 98100Па, составитhг.б =0,7981000,35 = 0,05 м .800Найдем высоту сливного порога:hпор = 0,05 − 0,023 + 0,03 + 0,01 = 0,067 м .Высота пены, образующейся на тарелке, составитhпн =0,23(0,044 ⋅ 0,76 2 ⋅ 4,25 + 4,6 ⋅ 0,023 + 0,067) = 0,25 м ;0 ,330,02величина относительного уноса жидкости1,1623 ⋅ 10 − 5 0,76 У=0,02 0,4 − 0,25 = 0,079 < 0,1 .77Следовательно, расстояние между тарелками выбрано правильно.Действительную нагрузку сливного устройства по жидкости:Vж.д = 0,0087 +18000 ⋅ 0,079= 0,0092 м 3 / с .3600 ⋅ 800Действительная величина подпора жидкости над сливным порогом 0,092 hсл = 0,68 1,42 23= 0,0236 ммало отличается от ранее рассчитанной hсл=0,023 м.Проверим работоспособность сливного устройства тарелки.
Для этогорассчитаем скорость жидкости в сливном устройстве:wж.сл = 0,0092 / 0,334 = 0,0027 м / с ,где Fсл = 0,334 - площадь сливного устройства (см. табл. 7).В соответствии с данными табл. 6 комплексk5 H Tn2= 0,225 ⋅ 0,40,8 = 0,108 .Следовательно, условие соблюдается и захлебывания сливногоустройства не произойдет.Скорость жидкости в зазоре между основанием тарелки и нижнейкромкой сливного стакана:ωж.
з = 0,0092 /(1,42 ⋅ 0.06) = 0,108 м / с < 0,45 м / с .Из приведенных расчетов следует, что выбранная однопоточная тарелкаобеспечит нормальную работу сливных устройств.Сопротивление сухой тарелки:∆pсух = 3,14,25 ⋅ 4,352= 125 Па ,2где скорость пара в паровых патрубках равнаω0 =Vп1,18== 4,35 м / с .F0 0,272Коэффициент сопротивления для колпачка диаметром Dкл=100 ммсоставитζ = 1,73Dкл−0, 25= 1,73 ⋅ 0,1−0, 25 = 3,1 ;величина перепада уровня жидкости на тарелке 2lж ⋅ 0,0092 20,1 ⋅ 16 ⋅ 1,096 ⋅ 0,0092∆h = 0,1 ⋅ 16== 0,01м .3231,42 2 (0,07 + 0,0236 ) 9,81 1,42 ⋅ 0,0936 ⋅ 9,81lжЗдесь длина пути жидкости на тарелке принята по данным табл.
7:= 1,096 м .Сопротивление слоя жидкости на тарелке:780,03 + 0.01 ∆pж = 0,05 +800 ⋅ 9,81 = 550 Па .2Общее сопротивление тарелки равно∆p = ∆pсух + ∆pж = 125 + 550 = 675 Па .Для окончательного выбора колонны определим количество тарелок вней:nCT 24== 30.η0,8Здесь величина к.п.д. тарелки η = 0,8 принята по данным рис. 7.1 призначенииω p ρ п = 0,76 4,25 = 1,56.Общая высота колонныH = (30 − 1) 0,4 + 1 + 2,5 = 15 м.Результаты расчета показали, что указанным в примере исходнымданным отвечает ректификационная колонна диаметром 1,8 м, высотой 15 м сколпачковыми тарелками ТСК-Р.798 РАСЧЕТ СОСУДОВ И АППАРАТОВ КОЛОННОГО ТИПАМетодики распространяются на аппараты колонного типа по ГОСТ 2430580, ГОСТ 24306-80. Предлагаемые методы расчета на прочность [10]предназначены для колонных аппаратов, работающих под действиемвнутреннего избыточного или наружного давления, собственного веса иизгибающих моментов, возникающих от действия ветровых нагрузок.Рис. 8.1.
Расчетные сечения колонного аппарата8.1 РАСЧЕТНЫЕ СЕЧЕНИЯПри расчете колонного аппарата устанавливаются следующие основныерасчетные сечения:• поперечные сечения корпуса колонны, переменные по толщине стенки и поили диаметру (I-I, II-II,..., Z-Z по рис. 8.1); для аппаратов постоянного сечения(по диаметру и толщине стенки) - только в месте присоединения опорнойобечайки;• поперечное сечение в месте присоединения опорной обечайки к корпусуколонны (Z-Z);• поперечное сечение опорной обечайки в местах расположения отверстий (XX);• поперечное сечение в месте присоединения опорного кольца (Y-Y).80Рис.
8.2. Цилиндрическая опорная обечайка тип 3 (с кольцевым опорным поясом)Рис. 8.3. Коническая опорная обечайка (тип 4) с кольцевым опорным поясом длястальных сварных колонных аппаратов (элемент 1 указан для опор при Н » 1500 мм)Для расчета местных нагрузок следует рассмотреть дополнительныерасчетные сечения (A-A, B-B по рис. 8.1).8.2. РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ И РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРАРасчетное давление.81Расчетное давлениеpRсечения и пробное давлениев рабочих условиях для каждого расчетногоpпр ,измеряемое в верхней части колонны,устанавливают в соответствии с ГОСТ 14249-80 и ГОСТ 24306-80.Гидростатическое давление p Г во время гидравлического испытанияколонны в вертикальном положении определяют для каждого расчетногосечения по формуле:pг = γ ( H − x0 ) .Для водыγ= 104 Н/м3.При расчете колонн должны быть учтены следующие весовые нагрузки:•G1 — сила тяжести колонны в рабочих условиях, включая площадки дляобслуживания, изоляцию, внутренние устройства и рабочую среду, Н;•G2 — сила тяжести колонны при гидравлическом испытании, включаяжидкость, заполняющую колонну, Н;•G3 — максимальная нагрузка колонны от собственного веса в условияхмонтажа (после установки колонны в вертикальное положение), Н;•G4 — минимальная нагрузка колонны от собственного веса в условияхмонтажа (после установки колонны в вертикальное положение), Н.При этом необходимо иметь в виду, что нагрузка от веса воды,заполняющей колонну в условиях испытания, действует только на нижнееднище и расчетные сечения опорной обечайки.Расчетные изгибающие моменты.Максимальный изгибающий моментMGот действия эксцентрическиприложенных весовых нагрузок, в том числе от присоединяемыхтрубопроводов, определяют для каждого расчетного сечения.Изгибающие моментыMυот действия ветровых нагрузок определяютM sRот сейсмических воздействий определяют попо ГОСТ 24756-81.Изгибающие моментыГОСТ 24756-81.Снеговые нагрузки.При расчете колонных аппаратов снеговые нагрузки не учитывают.Температурные нагрузки.В случае необходимости температурные напряжения определяютспециальными методами расчета.Местные нагрузки.Расчет локальных напряжений от местных нагрузок на колонне(например: трубопроводы, краны, лестницы и др.) производят по нормативнотехнической документации, утвержденной в установленном порядке.
Для этого82необходимо определить общие мембранные напряжения в соответствующихдополнительных расчетных сечениях (A-A, B-B по рис. 8.1) σ x и σ y .Расчетная температура.Расчетную температуру для каждого элемента колонны определяют поданным технологического расчета и ГОСТ 14249—89.Для элементов обечайки опоры, которая приварена к корпусу колонны иизолирована, расчетную температуру в рабочих условиях определяют поформуле:t R = max {tk − ∆t ;20°C} ,где ∆t — перепад температуры вдоль обечайки опоры, определяемыйпо рис.
8.4 или по формуле:∆t = 10 + 0.132h3 + 0.249 ⋅ 10−3 h32 − 0.305 ⋅ 10−6 h33 + 0.934 ⋅ 10−10 h34 ;tk— расчетная температура нижнего днища колонного аппарата; h3 —расстояние от сварного шва, которым приварена опорная обечайка к днищуколонны, до расчетного сечения опорной обечайки.Расчетную температуру для условий монтажа и испытаний принимаютравной 20°С.Рис. 8.4. График для определения∆t8.3 СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОККолонный аппарат рассчитывают для трех вариантов сочетаний нагрузок:• для рабочих условий (табл. 10, состояние аппарата 1);• для условий гидравлического испытания при вертикальном положенииколонны (табл. 10, состояние аппарата 2);• для условий монтажа (табл. 10, состояния 3 и 4).Если во время эксплуатации в исключительных (аварийных) случаяхвозможно заполнение колонны рабочей жидкостью, то необходимо рассчитатьколонну и для этого случая.
Расчетные нагрузки определяют так же, как и дляусловий испытания, а допускаемые напряжения принимают по табл. 10 длярабочих условий.838.4 КОРПУС КОЛОННОГО АППАРАТАСтенка колонного аппарата должна быть рассчитана на прочность иустойчивость.Расчет напряжений.Расчетными сечениями колонного аппарата являются:1) нижние поперечные сечения каждой части корпуса, имеющей разныедиаметры или толщины, стенок;2) поперечное сечение корпуса в месте присоединения к нему обечайкиопоры;3) сварной шов в месте присоединения обечайки опоры к корпусу;4) поперечное сечение обечайки опоры в месте наибольших вырезов;5) поперечное сечение основания обечайки опоры.84Таблица 10Сочетания нагрузокСостояниеДавлеОсеваяРасчетный изгибающийаппаратание,сжимающамомент, МН*мМПаДопускаПримечаниеемыенапряжея сила, МНния,МПа1 – рабочиеусловияpRP1 = G1M 1R = M G1 + M v1В районах с сейсмичностьювыше 7 балов принимаетсябольшее из двух значений:[σ ]A1 ;[σ ]K 1[σ ]01гидравлическогоpпр ;P2 = G2M v1 иM sR1 следуетисходить из общейвесовой нагрузки врабочих условияхM 1R = M G1 + M v1M 1R = M G1 + M sR12 – условияПри расчетеM 2 R = M G 2 + 0.6M v 2При расчетеM v2следует исходить изpиобщей весовой нагрузкииспытанияв условияхгидравлическогоиспытания аппарата3 – условия0монтажаP3 = G3 ;дляприрасчетамаксимальнанкерныхой нагрузкешпилекотP =G/3собственног/3о весааппарата4 – условиямонтажаПринимается большее изP4 = G4M sR 3M 3R = M G3 + M v3M 3 R = M G 3 + 0.8M v/ 3M v3 иследуетисходить из общейвесовой нагрузки вусловиях монтажа приВ районах с сейсмичностьюмаксимальной нагрузкевыше 7 балов принимаетсяаппарата отбольшее из трех значений:собственного веса, а приM 3R = M G3 + M v3M 3 R = M G 3 + 0.8M v/ 3M 3 R = M G 3 + M sR 30При расчетедвух значений:M 4R = M G4 + M v4[σ ]A2[σ ]K 2[σ ]02расчетеM v3 -учитывать также каркас.При расчетеM v4иприВ районах с сейсмичностьюM sR 4 следуетминимальнвыше 7 балов принимаетсяисходить из общейой нагрузкебольшее из двух значений:весовой нагрузки вотM 4R = M G4 + M v4M 4 R = M G 4 + M sR 4минимальной нагрузкесобственного весаусловиях монтажа приаппарата отсобственного веса.аппарата85Примечания: 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
