kursovik (729528), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Н_к=5∙5+(5-1)∙1,215+1,2+2+0,3+0,3=33,66 м. Для дальнейших расчётов примем H_К=40 м.

3.5 Гидравлическое сопротивление насадки

Гидравлическое сопротивление насадки ΔР находят по уравнению

ΔР=10^{169 ∙ U}ΔР_с. (3.23)

Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки ΔР_С рассчитывают по уравнению [1]:

, (3.24)

где λ—коэффициент сопротивления сухой насадки, зависящий от режима движения газа в насадке.

Критерий Рейнольдса для газа в верхней и нижней частях колонны соответственно равен:

;

. (3.25)

Следовательно, режим движения турбулентный.

Для турбулентного режима коэффициент сопротивления сухой насадки в виде беспорядочно засыпанных колец Рашига находят по уравнению

λ= 16/ ². (3.26)

Для верхней и нижней частей колонны соответственно получим:

=16/4968^0,2 = 2,92; = 16/5120^0,2 = 2,90.

Гидравлическое сопротивление сухой насадки в верхней и нижней частях колонны равно:

Па;

Па.

Плотность орошения в верхней и нижней частях колонны определим по формулам:

U_в=L_в/(ρ_х0,785d²), U_н=L_в/(ρ_х0,785d²). (3.27)

Подставив численные значения, получим:

U_в=1,853/(790∙0,785∙1,2²)=0,0021 м³/(м²∙с),

U_н=2,476/(790∙0,785∙1,2²)=0,0028 м³/(м²∙с).

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в верхней и нижней частях колонны:

ΔР=10^{169∙ 0,0021}∙2545 = 5762 Па; ΔР=10^{169∙ 0,0028}∙1744 = 5185 Па.

Общее гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в колонне:

ΔР = ΔР_в + ΔР_н = 5762 + 5185 = 10947≈ 11 000 Па.

3.6 Тепловой расчет установки.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре-конденсаторе, находим по уравнению:

Q_д=G_D ∙ (1+R) ∙ r_D, (3.28)

где r_D-удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре, кДж/кг.

r_D=X_D ∙ r_д+(1-X_D) ∙ r_т , (3.29)

где r_д –и r_т –удельные теплоты конденсации диоксана и толуола при 94°С [8].

r_д = 360 кДж/кг;

r_т = 321 кДж/кг;

r_D = 0,896 ∙ 360+(1 – 0,896) ∙ 321 = 356 кДж/кг;

Q_д = 0,278 ∙ (1+6,6) ∙ 356 = 752 кВт.

Расход теплоты, получаемой в кубе-испарителе от греющего пара, находим по уравнению:

Q_к= Q_д+ G_D ∙ С_D ∙ t_D+ G_W ∙ С_W ∙ t_W – G_F ∙ С_F ∙ t_F+Q_пот, (3.30)

где Q_пот приняты в размере 3% от полезно затрачиваемой теплоты; удельные теплоёмкости взяты соответственно при t_D=94°С, t_W=102°С, t_F=96°С, температура кипения исходной смеси t_F определена по t-x-y по диаграмме (рис.3.2).

С_W = (0,54 ∙ 0,019 + 0,45 ∙ (1 - 0,019)) ∙ 4190 = 1893 Дж/(кг ∙ К);

С_F = (0,53 ∙ 0,439 + 0,44 ∙ (1 - 0,439)) ∙ 4190 = 2009 Дж/(кг ∙ К);

C_D = (0,52 ∙ 0,896 + 0,44 ∙ (1 - 0,896)) ∙ 4190 = 2144 Дж/(кг ∙ К).

C_D, С_W, С_F-взяты из справочника [8].

Q_к=(752000 + 0,278 ∙ 2144 ∙ 94 + 0,302 ∙ 1893 ∙ 102 – 0,58 ∙ 1893 ∙ 96) ∙ 1,03= = 760937 Вт ≈ 761кВт.

Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси:

Q=1,05 ∙ G_F ∙ С_F ∙ (t_F–t_нач), (3.31)

где тепловые потери приняты в размере 5%, удельная теплоёмкость исходной смеси С_F = (0,5∙ 0,439+0,42 ∙ (1-0,439)) ∙ 4190 = 1907 Дж/(кг ∙ К)

при t = (96+18)/2 =57 °С.

Q=1,05 ∙ 0,58 ∙ 1907 ∙ (96 – 18) = 90586 Вт.

Расход греющего пара, имеющего давление р_абс=4 кгс/см² и влажность 5%

а) в кубе испарителе:

G_гп=Q/(r_гп ∙ X), (3.34)

где r_гп=2141 ∙ 10³ Дж/кг – удельная теплота конденсации греющего пара.

G_гп = 760937/(2141 ∙ 10³ ∙ 0,95) = 0,374 кг/с;

б) в подогревателе исходной смеси

G_гп = 90586/(2141 ∙ 10³ ∙ 0,95) = 0,045 кг/с.

Всего: 0,374 + 0,045 = 0,419 кг/с или 1,508 т/ч.

Расход охлаждающей воды при нагреве её на 20⁰С в дефлегматоре:

V_в=Q_д/(С_в ∙ (t_кон-t_нач) ∙ ρ_в), (3.35)

где С_в=4190 Дж/(кг ∙ К) - удельная теплота конденсации воды; ρ_в- плотность воды.

V_в=75200/(4190 ∙ 20 ∙ 1000)=0,009 м³/с или 32,4 м³/ч.

4 Механический расчет установки

4.1 Расчет толщины обечаек

Исполнительную толщину тонкостенной гладкой цилиндрической обечайки, нагруженной внешним давлением, рассчитываем по формуле:

, (4.1)

где p_н – наружное давление, равное разности атмосферного и данного

760 - 600 = 160 мм. рт. ст. = 0,1- 0,08=0,02 МПа.

Т. к. среда является агрессивной и токсичной, то принимаем сталь 12Х18H10Т, для которой σ*=152 МПа [11],

С – прибавка к расчётным толщинам.

С = П ∙ τ, (4.2)

где П – скорость коррозии или эрозии, П = 0,1мм/год, τ – срок службы аппарата, принимаем τ = 20 лет.

С = 0,1 ∙ 20 = 2 мм.

К₂=0,35 – коэффициент, определяемый по Рис. 13.1 [11].

[σ]=ησ*, (4.3)

где η = 1 – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки (листовой прокат).

[σ]= 1 ∙ 160=160 МПа.

мм

Примем S = 8 мм.

Для обечаек с диаметром больше 200мм должно соблюдаться условие:

(S-C)/D  0,1 (4.4)

(8 – 1)/1200 = 0,0058  0,1 - условие выполняется.

Проверим конструкцию на устойчивость по формуле:

Р_н/[p_н]+F/[F]+M/[M] 1. (4.5)

Т. к. аппарат имеет большую высоту, то М будет на порядок больше F. Тогда выражением F/[F] пренебрегаем.

Допускаемое наружное давление находят по формуле:

. (4.6)

Допускаемое давление из условия прочности находят по уравнению:

[p_н]_σ= 2 ∙ [σ] ∙ (S – C)/(D + S – C) (4.7)

Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяют по уравнению:

, (4.8)

где В₁ – меньшее из двух, вычисленных по формулам:

В₁=1; В₁= , (4.9)

n_y – запас устойчивости, равный 2,4.

Допускаемый момент находят по выражению:

(4.10)

Допускаемый изгибающий момент из условия прочности:

[М]_σ= 0,25 ∙ π ∙ D ∙ [σ] ∙ (S – C) ∙ (D + S – C) (4.11)

Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости:

(4.12)

Определим изгибающий момент.

Вес слоя насадки равен: G=9,8 ∙ V_н ∙ ρ= (3 ∙ 9 ∙ 3,14 ∙ 0,6²) ∙ 540=161514 Н.

Учитывая вес обечаек (при S=16 мм это около 80 кН), днища, крышки, распределительных тарелок, фланцев и т. д., округлим до 0,3 МН. Тогда

M=G ∙ H_к ∙ 0,215 = 0,3 ∙ 34 ∙ 0,215=2,193 МН ∙ м.

Расчёты сведём в таблицу:

Таблица 4.1. Влияние внешнего давления и момента на устойчивость

S, м	[M]σ	[M]E	[M]	M/[M]	В1	[p]E	[p]σ	[p]	Pн/[pн]	Pн/[pн]+ M/[M]
0,007	0,908	1,437	0,768	2,857	0,446	0,013	1,328	0,013	1,502	4,359
0,008	1,091	2,266	0,983	2,232	0,407	0,023	1,592	0,023	0,869	3,101
0,009	1,273	3,332	1,190	1,844	0,377	0,037	1,856	0,037	0,548	2,391
0,010	1,457	4,652	1,390	1,578	0,352	0,055	2,119	0,055	0,367	1,945
0,012	1,824	8,127	1,779	1,232	0,315	0,107	2,645	0,106	0,188	1,420
0,014	2,192	12,820	2,161	1,015	0,288	0,184	3,168	0,184	0,109	1,124
0,016	2,562	18,848	2,538	0,864	0,266	0,292	3,690	0,291	0,069	0,933

При S=16 мм условие устойчивости выполняется.

Примем S=16 мм.

4.2 Расчет толщина крышки и днища

Толщину стенки эллиптического днища определяют по формуле:

, (4.9)

мм.

Принимаем толщину крышки и днища равной толщине стенки = 16 мм.

4.3 Расчёт изоляции колонны

Определить необходимую толщину слоя изоляции аппарата, внутри которого температура 102 С. Изоляционный материал - совелит. Температура наружной поверхности изоляции не должна быть выше 35 С. Примем температуру окружающего воздуха t_о = 20 °C и определим суммарный коэффициент теплоотдачи в окружающую среду лучеиспусканием и конвекцией по уравнению 4.71 [8]:

α = 9,74+0,07 ∙ Δt = 9,74+0,07 ∙ (35-20) = 10,79 Вт/(м2 ∙ К).

Удельный тепловой поток:

Характеристики

Список файлов реферата