Ректификационная установка непрерывного действия для разделения смеси хлороформ - бензол

 

4.1 Расчёт толщины обечайки

Главным составным элементом корпуса большинства химических аппаратов является обечайка. В химическом аппаратостроении наиболее распространены цилиндрические обечайки, отличающиеся простотой изготовления, рациональным расходом материала и достаточной прочностью.

Для ректификационной колонны, диаметром 2400 мм, примем стандартную минимальную толщину стенки корпуса δ = 12 мм  и проверим, выполняется ли условие

 

где Ск - прибавка к номинальной толщине детали, учитывающая разрушающее действие среды на материал:

                                             

                                  [1,с.394]

- амортизационный  срок службы аппарата (принимаем  = 10 лет);

П – коррозионная проницаемость, мм/год (принимаем П = 0,1 мм/год).

Тогда

 мм

Проверяем выполнение условия

(12-1)/2400 ≤ 0,1

0,0046 < 0,1

   Поскольку условие выполняется, принимаем толщину обечайки δ = 12 мм.

 

4.2 Расчёт толщины днища

Составными элементами корпусов химических аппаратов являются днища, которые обычно изготовляются из того же материала, что и обечайки, и привариваются к ней. Днище неразъёмное ограничивает корпус вертикального аппарата снизу и сверху.  Форма днища может быть эллиптической, сферической, конической и плоской. Наиболее рациональной формой днищ для цилиндрических аппаратов является эллиптической. Эллиптические днища изготавливаются из листового проката штамповкой.

     Толщину днища принимаем равной  толщине обечайки и проверяем  выполнение условие

 

0,0046<0,125

    Следовательно, условие выполняется.

 

4.3 Расчёт фланцевых соединений и крышки

 

Соединение состоит из двух фланцев, прокладки, которую размещают между уплотнительными поверхностями фланцев, болтов, гаек и шайб. Т.к. давление в аппарате P=1 МПа   <    2,5 МПа, то выбирается фланец с гладкой поверхностью.

Прокладка – фторопласт:

Dп =1680 мм;   dп = 1638 мм.

При конструировании аппаратов выполняют проверочный расчет болтов в соответствии с ОСТ 26–373–82:

1. Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от внутреннего давления где средний диаметр прокладки

                           [4,с.17]

 

2. Реакция прокладки

 [4,с.17]

где ширина прокладки

b0–эффективная ширина прокладки: при

 

 

 

3. Болтовая нагрузка при сборке:

                                           [4,с.18]

где q = 10 МПа;             

 
                                                       [4,с.18]

где – допускаемое напряжение для материала болта при 200С; ВСт3,  – площадь поперечного сечения болта.

 

 

Наибольшее значение

4. Проверка прочности болтов при монтаже

        [4,с.18]

 

5. Проверка прочности болтов в период эксплуатации

                                                   [4,с.18]

где – допускаемое напряжение для болта при рабочей температуре,

 

 

 

Выполняются оба условия, следовательно, нет необходимости увеличивать число болтов,  z = 92.

 

D мм	P, МПА	Размеры, мм							Число отверстий
2400	1	Dф	Dб	D1	h	S	d	dб	92
		2595	2540	2490	100	18	30	М 27

 

    [4,с.68, таблица 4]

 

 

4.4 Расчёт опор аппаратов

Выбор типа опоры зависит от ряда условий: места установки аппарата, соотношения высоты и диаметра аппарата, его массы и т.д. Аппараты вертикального типа с соотношением ≥5, размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми юбочными опорами, цилиндрическими или коническими. В нашем случае берем цилиндрические опоры. [2,с.672]

 

Вес аппарата при гидроиспытании:

Gmax= g (Mоб+Mж)

Mоб =

Mж = 0,785 кг

Gmax=9,81

с запасом 0,9 мН

Толщина стенки цилиндрической опоры S=18 мм. Напряжение сжатия в этой стенке с учетом наличия в ней отверстия для лаза d = 0,5 м при максимальной нагрузке от силы тяжести аппарата:

        [2,с.691]

 

Отношение:

                                          70,59                           [2,с.692]

 

Kc=0,065; Ku=0,086; [2,с.418]

                   [2,с.692]

                       [2,с.692]

 

Допускаемое напряжение на сжатие в обечайке опоры:

  140,7 Мн/м2      [2,с.692]

Допускаемое напряжение на изгиб в обечайке опоры:

 Мн/м2         [2,с.692]

Условие выполняется.

Максимальные напряжения на сжатие в сварном шве, соединяющем цилиндрическую опору с корпусом аппарата, при коэффициенте сварного шва = 0,7:

         [2,с.692]

Внутренний диаметр опорного кольца:

                                                         D2 = D — 0,06 =2,4-0,06=2,34 м                                [2,с.692]

Наружный диаметр опорного кольца:

                                           D1 = D + 2S+0,2 = 2,4 + 2 0,018 + 0,2 = 2,636 м                [2,с.692]

Опорная площадь кольца:

[2,с.692]

Максимальное напряжение сжатия на опорной поверхности кольца:

                                                    [2,с.692]

Номинальная расчетная толщина опорного кольца при l= 0,1 м:

[2,с.692]

с учетом прибавки на коррозию принимаем, округляя размер Sк = 44 мм.

Расчетная нагрузка на один болт:

                                           [2,с.692]

Расчетный внутренний диаметр резьбы болтов:

           [2,с.692]

Принимаем болты М14 (d1=11,402). [2,с.538]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В данном курсовом проекте в результате проведённых инженерных расчетов была подобрана ректификационная установка для разделения бинарной смеси хлороформ - бензол, с ректификационной колонной диаметром D = 2,4 (м), высотой H = 19 (м), в которой применяются ситчатые тарелки типа ТС-Р, расстояние между которыми h = 0,5 (м). Колонна работает в нормальном режиме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П.Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И.Дытнерского, 3-е изд., стереотипное. М.: ООО ИД «Альянс», 2007-496 с.
2. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры: Справочник, А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский; под редакцией инж. Н.Н. Логинова.- 4-е изд., стереотипное. ООО «Торгово- Издательский Дом «Арис», 2010.-753 с., илл.
3. Варгафтик Н.Б. - Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Изд.2, доп. и перераб. М.: 1972 г., 720 с., ил.
4. Расчет и конструирование химических аппаратов с мешалками: учебное пособие/ Островская Э.Н., Полякова Т.В.- Казань:Изд-во Казан.гос.технол.ун-та,2006.- 120с.