Ректификация формалина-сырца (стр. 13 из 18)

Расчет высоты колонны

Расчет высоты тарельчатой колонны рассчитывается по формуле:

(2.62)

где,

- высота тарельчатой (рабочей) части колонны, м;

Zв – расстояние от верхней тарелки до крышки принимается равной 0,8 м (в зависимости от диаметра колонны);

Zн – расстояние от нижней тарелки до днища принимается 1,7 м (в зависимости от диаметра колонны);

Расчет тепловой изоляции

Основной целью расчета тепловой изоляции является выбор теплоизоляционного материала и расчет его толщины для минимизации тепловых потерь в окружающую среду и обеспечения требований техники безопасности. Обычно, расчет тепловой изоляции проводят из условия заданной температуры наружного слоя изоляции, которая не должна превышать 45°С. Толщину слоя теплоизоляционного материала определяют по уравнению:

(2.63)

где, t и tст – соответственно температура внутреннего слоя тепловой изоляции (температуру внутреннего слоя тепловой изоляции t можно принять равной температуре среды в колонне t = tср = 81,6°С) и tст = 45°С;

- тепловые потери в окружающую среду, Дж;

a - суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, Вт/м2*К;

- коэффициент теплопроводности, Вт/м*К;

Fн – поверхность теплообмена, м2

Поверхность колонны определяется по формуле:

(2.64)

(2.65)

(2.66)

где, Fкол – поверхность колонны, м2;

Fкр – поверхность крышки, м2;

Dср – 1 м.

Величину тепловых потерь в окружающую среду можно рассчитать по уравнению теплоотдачи:

(2.67)

где, tокр - температура окружающей среды равна 5°С;

a - суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением,

.

Выбираем коэффициент теплопроводности из справ. [3, стр. 43 ] равный 0,076 Вт/м*К, материал – шлаковая вата.

Толщину слоя теплоизоляционного материала:

2.4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Основной целью гидравлического расчета является определение гидравлических сопротивлений, которые возникают в процессе прохождения пара через ректификационную колонну из куба через контактные устройства в дефлегматор. В целом общие потери напора для всех ректификационных колонн позволяют рассчитать необходимое повышение температуры кипения смеси в кубе колонны.

Общие потери давления DР на одной отдельно взятой тарелке составят:

(2.68)

где, DРс – сопротивление сухой тарелки, Па;

DРж – сопротивление слоя жидкости, Па;

DРs – сопротивление за счет поверхностного натяжения жидкости, Па.

Сопротивление сухой тарелки по формуле:

(2.69)

где,

- средняя плотность пара в верхней и нижней части колонны, кг/м3;

- скорость пара в горловине колпачка, м/с (определяется по объемному расходу пара и поперечному сечению паровых патрубков).

Объемный расход пара равен:

(2.70)

где, S – поперечное сечение паровых патрубков равное 0,088 м2, берется из справ. [3, стр. 23 ];

V - объемный расход пара находится по формуле:

(2.71)

где, Мср – средняя мольная масса паров.

Объемный расход пара в верхней и нижней части колонны:

Скорость пара в горловине колпачка для верха и низа колонны:

Сопротивление сухой тарелки для верха и низа колонны:

Сопротивление слоя жидкости по формуле:

(2.72)

где,

- средняя плотность жидкости в верхней и нижней части колонны, кг/м3;

g – 9,8 м/с2;

hs - высота барботажного слоя жидкости на тарелке, м (из справ. [3, стр. 56] равная 35,5 м = 0,0355 м).

Сопротивление за счет поверхностного натяжения жидкости - DРs для колпачковых тарелок незначительно и им допускается пренебречь.

Общие потери давления DР на одной отдельно взятой тарелке:

2.5 МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Расчет

Исходные данные

D = 100 см – внутренний диаметр аппарата;

Р = 1 кг*с/см2 – расчетное наружное давление;

t = 100°С – расчетная температура;

= 1600 кг*с/см2 – допускаемое напряжение для стали 09Г2С при t = 100°С;

Е = 1,91*106 кг*с/см2 – модуль продольной упругости для 09Г2С при t = 100°С;

С = 0,35 см – толщина плакирующего слоя;

Е = 1,99*106 кг*с/см2 – модуль продольной упругости для стали 09Г2С при t = 20°С;

= 2800 кг*с/см2 – предел текучести для стали 09Г2С при t = 20°С.

Расчет обечайки

Обечайка нагружена наружным давлением.

Толщину стенки приближенно определяем по формуле:

(2.73)

Коэффициент К2 определяем по номограмме. Для этого находим К1 и К3:

К2 = 0,82,

Значит SR = 0,82 см.

Исполнительная толщина S ³ SR +C,

S ³ 0,82 + 0,35 + 0,156 = 2,806 см.

Принимаем исполнительную толщину S = 20 мм и укрепляем обечайку ребрами жесткости.

Условие применения формул:

Условие выполняется.

Расчетные параметры подкрепленной обечайки:

эффективная длина стенки обечайки:

где, l1 = 200 см – расстояние между двумя кольцами жесткости по осям;

t = 4,6 см – ширина поперечного сечения кольцами жесткости в месте его приварки к обечайке (рис 2.5)

l = 5,755 см;

h2 = 11 см;

IК = 174 см4;

Ак = 10,9 см2.

Эффективный момент инерции расчетного поперечного сечения кольца жесткости:

(2.74)

Коэффициент жесткости обечайки, подкрепленной ребрами жесткости:

(2.75)

Допускаемое наружное давление определяется из условия:

где,

- допускаемое наружное давление, определяемое исходя из условия устойчивости всей обечайки;

- допускаемое наружное давление, определяемое исходя из условий устойчивости обечайки между кольцами жесткости.

(2.76)

где,

- допускаемое наружное давление, определяемое из условия прочности всей обечайки;

(2.77)

=1,0 и =1,0;