Главный параметр относительно сопла: ZЖ=tZ=0,5*1,414=0,707
По ZЖ=0,707, b3=0,33
При b3=0,33, a=0,9 [10]
Относительный радиус b1=atb3=0,9*0,5*0,33=0,148 , из графика [рис.23.10] e=0,92.
Главный параметр форсунки относительно вихревой камеры с учётом вязкости жидкости:
Коэффициент расхода форсунки относительно вихревой камеры:
Или по отношению к соплу:
Расход жидкости через форсунку:
4.2. Прочностной расчёт холодильника
1. Обечайка корпуса
Расчётное давление РR=0,4Мпа
Температура tR=25 C
Материал ВСт3сп5 ГОСТ 14637-79
Допускаемое напряжение [s]=140Мпа
Где D=1м – диаметр кожуха теплообменника
j=1, коэффициент прочности сарного шва
С учётом прибавки на коррозию:
Окончательно принимаем с запасом S=6мм
Допускаемое внутреннее избыточное давление:
2. Укрепление отверстий
Расчётный диаметр обечайки DR=D=1м.
Ширина рабочей зоны укрепления в обечайке:
Расчётный диаметр одиночного отверстия не требующего укрепления:
Так как для штуцера с Dу 200 мм, dR=220мм укрепление не требуется.
3. Расчётные параметры трубной решётки
Коэффициент перфорации трубной решётки:
Где dT=0.038м – наружный диаметр трубы;
ST=0.0025м – толщина стенки трубы;
ZT=317 – число труб;
А1 – расстояние от оси аппарата до оси наиболее удалённой трубы:
Расчётный коэффициент перфорации трубной решётки:
Где Sпр=0,030 м – глубина развальцовки труб;
SP – толщина трубной решётки:
TR=0,048м – шаг отверстий в решётке.
Принимаем SP=0,04м
Коэффициент, учитывающий жёсткость трубной решётки:
y0=0,17 – коэффициент жёсткости перфорированной плиты при aР=0,47;
d0=0,039м – диаметр одиночного отверстия
Цилиндрическая жёсткость трубных решёток:
Где ЕР=2,15*105 Мпа – модуль упругости материала решётки;
Dy=0,092-0,207*2,15*105*0,0183=0,024 МН*м
4. Основные характеристики жёсткости и упругости элементов аппарата
Модуль упругости основания:
Где ЕТ=2,15*105Мпа – модуль упругости материала труб;
L=4м - расстояние между трубными решётками.
Девиационный коэффициент основания:
Где lПР=0,29*lП2=0,29*0,65=0,1885м; lП2=0,65м - расстояние от трубной решётки до второй перегородки;
JT – момент инерции поперечного сечения трубы:
Коэффициенты:
S1 – толщина стенки в месте приварки к решётки, S1=SE= S0=0,008 м
Жесткость стенки кожуха при изгибе:
R1=1,073м – расстояние от центра тяжести сечения фланца до оси аппарата
Жёсткость фланцевого соединения при изгибе:
Приведенное отношение жёсткости труб к жёсткости кожуха:
Приведённое отношение жёсткости труб к жёсткости фланцевого соединения:
Коэффициенты учитывающие влияние давления среды в аппарате на изгиб фланцев кожуха и камеры соответственно:
Коэффициенты, учитывающие влияние беструбного края решётки на поддерживающую способность труб:
5. Расчёт усилий
Приведённое давление:
aК, aТ – коэффициенты линейного расширения материалов кожуха и труб.
aК=aТ=15,1*10-6 1/ос
температура кожуха аппарата tK=21 C;
температура стенок труб tT=35 C;
температура сборки аппарата t0=20 C.
Вспомогательная величина p1:
Изгибающий момент и поперечная сила в месте соединения решётки с кожухом:
Изгибающий момент и поперечная сила, распределённые по контуру перфорированной части трубной решётки:
Изгибающий момент и осевая сила в месте соединения кожуха с трубной решёткой:
Изгибающий момент и осевая сила в месте соединения трубы с решёткой:
Осевая сила в месте соединения трубы с решёткой:
6. Проверка прочности и жёсткости труб
Условие выполняется.
Условие выполняется.
Нагрузка на единицу площади при соединении труб с решёткой:
Напряжение при срезе сварного шва:
s - расчётная высота сварного шва в месте приварки трубы к решётке.
Допускаемая нагрузка, приходящаяся на единицу площади условной поверхности [q]=14,7Мпа
Допускаемое напряжение при срезе сварного шва [t]=0,5[s]=0,5*140=70Мпа
Условие прочности:
Условие выполняется.
Допускаемая разность температур в кожухе и трубах в аппаратах с неподвижными трубными решётками:
Что превышает действительную разность температур.
5. Выбор насосно-компрессорного и вспомогательного оборудования
Перемещение воздуха и газов в сернокислотном производстве осуществляется вентиляторами и дымонасосами – при напоре менее 1000 кгс/м2 , нагнетателями – при напоре свыше 1000 мм.рт.ст. и отсутствии охлаждения газа в процессе сжатия; компрессорами, вакуум – насосами и воздуходувками водокольцевого типа.
Выбор машин для перемещения газов и воздуха производится исходя из требуемых производительности и давления.
5.1. Нагнетатели
Для перемещения газов служат нагнетатели (воздуходувки), устанавливаемые в системе после сушильного отделения. Газ, поступающий в газодувку охлаждён и очищен от примесей которые смогли бы вызвать коррозию – нарушить работу нагнетателя. В производстве серной кислоты все аппараты, расположенные до нагнетателя, работают при разрежении (в условиях вакуума); аппараты, расположенные в контактном и абсорбционном отделениях, то есть после нагнетателя – под некоторым избыточным давлением, по таблице 10.2 /9/.
При плотности газа r0=1,46 кг/м3,
Разряжение на входе Р=4,9 кПа и t=50 С,
Производительности Q=20589,72 м3/час.
Выбираем нагнетатель : Q=5,72 м3/сек
400-12-3
у которого производительность 25000м3/час, Н – общий напор 17,15/1850 кПа/мм.вод.ст.
мощность электродвигателя N=250 кВт
частота вращения вала нагнетателя, n=2965 об/мин.
Расчёт нагнетателя:
1) объёмная производительность нагнетателя G=Q*r0=20589.72*1.46=29946.8 кг/ч
2) потребляемая мощность:
где Q – производительность нагнетателя, м3/сек; Н – полный напор, мм; r - плотность газа, кг/м3; g – ускорение силы тяжести м/сек2; h - КПД нагнетателя (0,7-0,85).
Для регулирования количества газа, подаваемого нагнетателями, на всасывающих и нагнетательных трубопроводах установлены задвижки. При пуске нагнетателя закрывают задвижку на линии всасывания и полностью открывают на линии нагнетания. Затем при достижении числа оборотов электродвигателя, задвижку открывают до тех пор, пока нагнетатель не будет давать нужное количество газа.
5.2. Центробежные вентиляторы
В зависимости от величины напора центробежные вентиляторы делятся на три группы: низкого давления – с напором до 100 кгс/м2; среднего давления – с напором 100-300 кгс/м2; высокого 300-1500 кгс/м2.
Они служат для отсасывания или нагнетания значительных объёмов воздуха или газа при небольшом напоре.
Напор развиваемый вентилятором состоит из:
А) НСТ – напор на трение газа о стенки
Где m=0,04 – коэффициент трения о стенки при малой степени коррозии;
L – длина газохода;
D – диаметр газоходов;
g - удельный вес газа при 0°C и 760 мм.рт.ст., кг/м3;
u - скорость газа при, при Q=8000 м3/ч и D=600мм, u=8м/с; по номограмме /9, с.237/ g=9,81 м/с2.
x - коэффициент местных сопротивлений
Sx=0,85+1+2+0,5=4,35, где x=0,85 – вход в трубу с выступающим концом /9/;
x=1 – плавный поворот на 90° /9/;
x=2 – поворот на 90° с нишей /9/;
x=0,5 – поворот на 45° /9/;
g=1,7 кг/м3 – удельный вес газа
б) динамического напора:
полный напор:
мощность (в кВт)0 потребляемая вентилятором:
где hВ=0,8; hn=0,98
по табл. IV-16 /9/ выбираем вентилятор
ЦЧ-70 с Qmin=7600 м3/ч; Н=24кгс/м2; n=500 об/мин; Qmax=15500 м3/ч; Н=100 кгс/м2; n=1000; h=0,8
5.3. Насосы
Для орошения абсорберов в сернокислотных системах приходится перекачивать большое количество кислот . Орошающая кислота должна подаваться непрерывно и равномерно, перебои в её подаче приводят к нарушению технологического режима и потому недопустимы.
Для перекачивания серной кислоты и олеума применяют одноступенчатые насосы, типа Х, в горизонтальном исполнении, консольные с рабочими колёсами одностороннего входа. Производительность и напор центробежных насосов не зависит от плотности перекачиваемой жидкости, то есть центробежный насос поднимает одно и то же количество любой жидкости на одинаковую высоту.
Определим напор нашей установки для подачи Q=16938,78 м3/ч серной кислоты концентрацией (98%) при 50°С по кислотопроводу общей длиной L=150м (включая высоту нагнетания Нn=12м, всасывания НВ=1м) со следующими местными сопротивлениями, вход в трубу с закруглёнными краями; два шороховатых колена a=60°; один отвод d/R=1,0; два нормальных вентиля.
По графику (рис.IV-17. 9) находим ; диаметр кислотопровода d=0,15м, скорость кислоты V=0,25м/с, сопротивление равно h0=0.06м на 100мм. Для кислоты концентрацией 98,5% H2SO4 по рис. IV-8 /9/ находим f=1,6 – поправочный коэффициент.
Следовательно, h0=1,5*0,06*1,6=1,144 м.
Потеря напора на местных сопротивлениях /9, по табл. IV-3/:
Тогда напор насоса
Мощность на валу насоса NH (кВт) рассчитывается по формуле:
Q=16938,78 м3/ч=4,7м3/с – производительность насоса;
g=1843,7 кг/м3 – удельный вес серной кислоты концентрацией 98,5%;
H=13,166 м – напор насоса;
h=0,75 – КПД насоса;
откуда:
Выбираем по табл. IV-7 /9/ погружной одноступенчатый насос марки 2Х-9(Е)-5(1), у которого следующие технические характеристики:
Q=20м3/ч; Н=13,8м
Диаметр рабочего колеса dK=115(135)
N=2900 об/мин, мощность на валу NH=1,7 кВт.
Буква Е в скобках обозначает, что насос для олеума, моногидрата и сушильной кислоты, класс стойкости к кислоте II, цифра после букв – коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз.
5.4. Сборники кислоты и олеума
Сборники при олеумном и моногидратном абсорберах выполняются из стали Ст.3, а футерованы кислотоупорным кирпичом или кислотоупорными плитками. Штуцера большого диаметра также футеруют, штуцера малых диаметров защищают чугунными вкладышами. В тех штуцерах, где подводящая труба погружена в кислоту, ставят так же чугунные патрубки; сифоны для выхода кислоты, так же чугунные.