Ректификационная установка непрерывного действия (стр. 7 из 8)

где h=hн ×hп ×hд = 0,72 - общий КПД насосной установки, представляющий собой произведение КПД насоса hн; КПД передачи hп и КПД двигателя hд.

По источнику [2], стр.38, табл.1, устанавливаем, что заданным подаче и напору, более всего соответствует центробежный насос марки X8/30, для которого при оптимальных условиях работы Q = 2,4×10-3 м3/с; Н = 30м. Насос снабжен электродвигателем ВАО-32-2, номинальной мощностью N = 4 кВт с частотой вращения вала n = 48,3 с-1.

Предельная высота всасывания.

Определяем запас напора, необходимый для исключения кавитации

Высота всасывания не должна превышать следующего значения

Нвс £ А - ht - hп. вс - hкав = 11,42 - 0,34 – 1,97 – 0,89 = 8,22м

где А - атмосферное давление, выраженное в метрах столба, перекачиваемой жидкости.

Примем, что атмосферное давление равно 1,01×105Па, а p=r×g×h, тогда h =A=

= p/rg = 1,01×105/ 937×9,81 = 11,42м.

ht - давление насыщенного пара всасываемой жидкости. Для нахождения величины ht определяем давление насыщенных паров ацетона и воды при 180С: Pмет = 75 мм. рт. ст; Pвод = 14 мм. рт. ст. (см. [1], стр.538, рис. XIV).

Парциальные давления определяем по формуле:

pац = Рац ×x1 = 75×0,158 = 11,85 мм. рт. ст.

pвод = Рвод ×(1 - x1) = 14×0,842 = 11,78 мм. рт. ст.

Общее давление смеси газов равно р = рмет + рвод = 23,64 мм. рт. ст. = 3150,9 Па, тогда ht = p/r×g = 3150,9 / 937×9,81 = 0,34.

При установке насоса следует учитывать, что высота его расположения над уровнем жидкости в емкости не должна превышать значения Нвс.

Расчет и подбор штуцеров

Присоединение труб к химическим аппаратам бывает разъемное и неразъемное. Первое осуществляется с помощью фланцев или на резьбе, второе на сварке или пайке. Для разъемного присоединения труб, арматуры и измерительных приборов на аппаратуре обычно предусматривают штуцера (патрубки) фланцевые или резьбовые. Наиболее распространены фланцевые штуцера для присоединения труб, арматуры и приборов. Фланцевое соединение состоит из двух симметрично расположенных фланцев, уплотнительного соединения (прокладок), и крепежных элементов (болтов, шпилек, шайб или гаек). В сварной аппаратуре низкого давления фланцы обычно изготавливают из листового полосового или фасонного проката с последующей приваркой их к обечайке, к трубе и т.д. Наиболее технологичной формой изготовления фланцев является круглая форма.

Диаметры штуцеров колонны и теплообменной аппаратуры, а, следовательно, и диаметры технологических трубопроводов, определяют из уравнения расхода по допустимой скорости потоков в них.

Штуцер для подачи исходной смеси.

Скорость ввода исходной смеси принимаем равной w = 1,5 м/с (см. [5], стр.42), тогда диаметр штуцера будет равен

где

Подбираем щтуцер по [4]. стр.659 табл.27.3

Выбираем штуцер с Dу=50 мм на ру=1,0 МПа, Нт=155 мм, материал – сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.

Фланец подбираем по [4], стр.549, табл.21.9: Dу=40 мм, Dф=130 мм, Dб=100 мм, D1=80мм, dб=М12, количество болтов z=4, материал – сталь 3, исполнение I.

Штуцер для вывода пара из колонны.

Скорость вывода пара из колонны принимаем равной w = 20 м/с (см. [5], стр.42), тогда

где

м3/с;

D=П(R+1) – поток пара

1,13 м3 при t2=64,50С

Выбираем штуцер с Dу=600 мм на ру=1,0 МПа, Нт=310 мм, материал – сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.

Фланец подбираем по [4], стр.549, табл.21.9: Dу=600 мм, Dф=635 мм, Dб=495 мм, D1=465мм, dб=М30, количество болтов z=16, материал – сталь 3, исполнение I.

Штуцер для вывода кубового остатка.

Скорость вывода кубового остатка принимаем равной w = 0,5 м/с (см. [5], стр.42), тогда

где

Выбираем штуцер с Dу=80 мм на ру=1,0 МПа, Нт=155 мм, материал – сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.

Фланец подбираем по [4], стр.549, табл.21.9: Dу=80 мм, Dф=185 мм, Dб=150 мм, D1=128мм, dб=М16, количество болтов z=4, материал – сталь 3, исполнение I.

Штуцер для подачи флегмы в колонну

Скорость подачи флегмы в колонну принимаем равной w = 0,5 м/с (см. [5], стр.42), тогда

где

Выбираем штуцер с Dу=40 мм на ру=1,0 МПа, Нт=155 мм, материал – сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.

Штуцер для подачи жидкости в кипятильник.

Расчет штуцеров для подсоединения кипятильника к колонне затруднен тем, что неизвестен расход циркулирующей жидкости. Поэтому диаметр штуцера можно принять равным соответствующим штуцерам на кипятильнике. В нашем случае диаметр условного прохода штуцера на кипятильнике Dу = 200мм (см. [2], стр.55, табл.2.6). Тогда выбираем штуцер с Dу=200 мм на ру=1,0 МПа, Нт=190 мм, материал – сталь Х18Н10Т, исполнение I, ОСТ 26-1404-76 согласно [8], стр.175.

Фланец подбираем по [4], стр.549, табл.21.9: Dу=200 мм, Dф=315 мм, Dб=280 мм, D1=258мм, dб=М16, количество болтов z=8, материал – сталь 3, исполнение.1

Расчет и подбор крышки аппарата

В отличие от днищ, неразъемно соединяемых с обечайкой корпуса, крышки являются разъемными узлами аппаратов, закрывающими его корпус. Крышки в аппарате предусматривают для удобства сборки, возможности загрузки и разгрузки аппарата в процессе эксплуатации, для осмотра, ремонта и т.д.

Принимаем фланцевое эллиптическое отбортованное днище (тип 2 по ГОСТу 11972-66). Условное обозначение днища с размерами: Dвн =1800 мм, S = 10 мм, диаметр борта D = 1935мм ("Днище 2 - 1800 - 1935 ГОСТ 11972-66") согласно [4], стр.597.

Определяем коэффициент ослабления крышки отверстием для штуцера предназначенного для вывода пара из колонны:

Так как j0 = 0,66< jш = 0,95, то в дальнейшем за расчетное значение коэффициента ослабления принимаем j = j0.

Допускаемое напряжение на растяжение для материала крышки определяется по формуле

где h= 0,95 - поправочный коэффициент, учитывающий условие эксплуатации аппарата (см. [4], стр.408);

- номинальное допускаемое напряжение (см. [4], стр.406, рис.14,2).

Расчетное давления в крышке р=0,1МПа.

Определяем отношение определяющих параметров

и р с учетом j0

Согласно [4], стр.440, табл.16.1 принимаем S = 10 мм

Проверяем условия прочности

т.е. условие выполнено.

Определяем допускаемое давление в крышке

МПа.

Расчет и подбор днища

Составными элементами корпусов химических аппаратов являются днища, которые, как правило, органически связаны с обечайкой аппарата и изготавливаются из того же материала. Одной из наиболее рациональных форм днища в цилиндрических аппаратах является эллиптическая. Материал днища - сталь X18H10T. В днище имеется центрально расположенное неукрепленное отверстие d = 0,2 м, днище сварное из двух частей, шов ручной электродуговой (jш = 0,95).

Определяем коэффициент ослабления днища отверстием

Так как j0 = 0,88< jш = 0,95, то в дальнейшем за расчетное значение коэффициента ослабления принимаем j = j0. Для дальнейшего расчета необходимо определить отношение допускаемого напряжения на растяжение sд для материала днища и расчетного давления в днище колонны.

Допускаемое напряжение на растяжение для материала днища определяется по формуле

где h= 0,95 - поправочный коэффициент, учитывающий условие эксплуатации аппарата (см. [4], стр.408);

- номинальное допускаемое напряжение (см. [4], стр.406, рис.14,2).

Для определения расчетного давления в днище необходимо учитывать, что на днище действует еще и гидростатическое давление, поэтому

где

- рабочее давление

- плотность жидкости

9,6м - максимальная высота столба жидкости,равная высоте колонны.

Определяем отношение определяющих параметров

и р с учетом j0

Номинальную расчетную толщину стенки днища определяем по формуле