Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
методическое пособие к практическим занятиям.DOC
Скачиваний:
3
Добавлен:
12.09.2025
Размер:
3 Мб
Скачать
☆

Задачи:

7.1. Рассчитать ректификационную колонну непрерывного действия с ситчатыми тарелками, с отбойными элементами для разделения GF = 8000 кг/ч жидкой смеси бензола с толуолом, содержащей aF = 40% масс. бензола при рабочем давлении р = 760 мм рт. ст. Содержание бензола в дистилляте aд = 96% масс., в кубовом остатке аw = 4% масс. Исходную смесь перед подачей в колонну подогревают до температуры кипения tF = 94°С. Греющий пар имеет избыточное давление рп = 0,3 МПа. Флегмовое рабочее число R = 1,4 Rmin.

Технологический расчет.

По формулам определяем расходы дистиллята и кубового остатка:

;

Gw = GF – GД = 8000 – 3130 = 4870 кг/ч.

Тепловой расчет. Из уравнения теплового баланса определяем расход греющего пара, подаваемого в кипятильник куба колонны. Для этого находим:

а) количество тепла, вносимого в колонну исходной смесью,

QF = 8000·1,91·103·94 = 1,436·109 Дж/ч,

где сF = 1,91·103 – удельная теплоёмкость смеси, Дж/(кг· °С);

б) количество тепла, вносимого флегмой,

QФ = 6100·1,93·103·80,2 = 0,944·109 Дж/ч,

где GФ = RGД = 1,95·3130 = 6100 кг/ч; сД = 1,93·103 – удельная теплоёмкость флегмы (или дистиллята), Дж/(кг· °С); tД = 80,2 °С – температура флегмы (или дистиллята);

в) количество тепла, уносимого уходящими из колонны парами,

QП = GПIП = 9230·5,49·105 = 5,07·109 Дж/ч,

где

GП = GФ + GД = GД (R +1) ≈ 3130(1,95 + 1) = 9230 кг/ч;

IП = 5,49·105 Дж/кг — теплосодержание пара [33];

г) количество тепла, уносимого кубовым остатком,

Qw = 4870·1,89·103·110,4 = 1,016·109 Дж/ч,

д) потери тепла, из-за малости, принимаем QП = 0; следовательно,

Q = 5,07·109 + 1,016·109 – 1,436·109 0,994·109 = 3,656·109Дж/ч.

По значениям Q, QF, QФ рассчитываем и подбираем соответственно кипятильник, подогреватель исходной смеси и дефлегматор.

Конструктивный расчет. 1. Высоту колонны определяем по уравнению. Для этого строим график процесса ректификации. Для принятых по данным работы значений упругости паров чистых компонентов по формулам вычисляем состав жидкости и пара, находящихся в состоянии равновесия для ряда температурных точек. По значениям x и y в соответствующем масштабе строим равновесную кривую 1.

Для построения рабочих линий выражаем рабочий состав в молярных долях: Мб = 78 кг/моль; Мт = 92 кг/моль; тогда

в исходной смеси в дистилляте в кубовом остатке

;

Флегмовое число определяем по формуле, т. е. сначала определяем минимальное флегмовое число

,

где yF* = 0,66 – содержание пара, равновесного с жидкостью питания, в молярных долях (определяем по диаграмме y – x).

Таблица 8 - Результаты расчёта

Точка

t, °С

Pнк, мм. рт. ст.

Pвк, мм. рт. ст.

x

y

1

2

3

4

5

6

7

8

9

80,2

84

88

92

96

100

104

108

110,4

760

852

957

1078

1204

1344

1495

1659

1748

300

333

380

432

493

559

626

705

760

Рабочее флегмовое число

R = 1,4 Rmin = 1,4·1,39 = 1,95.

Уравнение рабочей линии для укрепляющей части колонны имеет вид:

;

y = 0,661 х + 0,327.

Уравнение рабочей линии для исчерпывающей части колонны имеет вид формулу

,

y = 1,45х – 0,0212 ;

здесь

где

кмоль

кмоль

Далее по значениям хД, хF, хW и b строим график процесса ректификации, из которого по числу «ступенек» определяем теоретическое число тарелок: для укрепляющей части nТ1 = 7, для исчерпывающей — nТ2 = 6.

Приняв общий к. п. д. тарелки η = 0,5, определяем действительное число тарелок соответственно:

;

Тогда общая высота колонны

Н = 0,6 (26 – 1) + 2 + 1,5 = 20 м,

где h = 0,6 м - принятое по ГОСТ 16453—70 расстояние между тарелками;

hw = 2 м - принятая высота кубовой части hф = 1,5 м - принятая высота части

колонны над верхней тарелкой; hо = 1,5 м — высота опоры.

По ГОСТ 1645З—70 выбираем «Тарелку I—1400—600 12Х18Н10Т Гост 16453-70»

2. Внутренний диаметр колонны определяем по формуле, для чего находим следующие величины.

На выходе из колонны пар считаем чистым бензолом; его плотность

кг/м3.

Пар, выходящий из куба-испарителя, условно считаем чистым толуолом; его плотность

кг/м3.

Содержание пара на тарелке ввода исходной смеси определяем из графика: уF = 0,618, а плотность пара

ρFy = ρбy уF + ρТy (1 – уF) = 2,69·0,618 + 2,93(1 — 0,618) = 2,78 кг/м3.

Средняя плотность пара в колонне

кг/м3.

Объемный расход пара через сечение колонны

м3/с.

Скорость пара в живом сечении колонны на основании рекомендаций принимаем w = 0,75 м/с.

Внутренний диаметр колонны

м;

По ГОСТ 16453-70 выбираем D = 1,4 м.

Прочностные расчеты. 1. Толщину стенки корпуса колонны определяем по формуле, причем выбираем в качество конструкционного материала двухслойную сталь; основной слой — сталь ВСт3сп4, плакирующий – сталь 12Х18Н10Т. Расчет ведем по основному слою:

м.

С учетом возможного заполнения колонны водой для проверки на герметичность принимаем рр = 0,2 МПа; С = О (по характеру среды). На основании рекомендаций с учетом условий работы колонны на ветровую нагрузку принимаем по табличным данным толщину основного слоя 6 мм, плакирующего – 2 мм.

2. Определяем вес колонны при заполнении ее водой.

Вес обечайки

G1 = 80,2 · 850 = 68170 Н,

где 80,2 м2 площадь поверхности обечайки; 850 Н — вес 1 м2 двухслойной стали толщиной 8 мм.

Вес днища и крышки (приняли по ГОСТ 6533—68)

G2 = 1060 · 2 = 2120 Н.

Вес тарелок (приняли по ГОСТ 16453—70)

G3 = 26 · 900 = 23400 Н.

Вес люков-лазов и штуцеров (приняли по ОН 26-01-10—65)

G4 = 560 · 5= 2800 Н.

Следовательно,

N1 = G1 + G2 + G3 + G4 = 68170 + 2120 + 23400 + 2800 =96490 Н.

Вес воды в колонне при испытаниях на герметичность N0 = 288760 Н.

Тогда

N2 = N1 + N0 = 96490 + 288760 = 385250 Н.

По N2 из ОСТ 26-467—72 выбираем стандартную конструкцию — «Опора I—1400—0,5—0,39—1,5» (см. рис. 34) — с размерами: D = 1400 мм; D1 = 1300 мм; D2 = 1560 мм; D3 = 1680 мм; d = 60 мм; d1 = 90 мм; d2 = 35 мм; h = 6 мм; s1 = 8 мм; s2 = 20 мм; ‚ dб = М30; z = 8 шт.; s3 = 20 мм.

3. Рассчитаем колонну на ветровую нагрузку.

Так как Н/D = 20/1,412 = 14,16, то принимаем расчетную схему в виде консольного упругозащемленного стержня.

Колонный аппарат по высоте условно разбиваем на n =2 участка высотой по hi =10м

Сосредоточенные горизонтальные силы от распределенной ветровой нагрузки на участках 1 и 2 (рис. 141) определяем по формуле:

Р1 = 0,6 · 1,525 · 0,06075 · 10-2 · 1,412 · 10 = 0,00787 МН;

Р2 = 0,6 · 1,525 · 0,045 · 10-2 · 1,412 · 10 = 0,0058 МН.

В этой формуле

β1 = 1 + 1,5 · 0,35= 1,525,

где ε = 1,5 — определяем по графику; в зависимости от периода собственных колебаний Т = 0,52 с m = 0,35 — определяем по графику;

q1 = q·θ2 = 0,045 · 10-2 · 1,35 = 0,06075 · 10-2 МПа;

q2 = q·θ1 = 0,045 · 10-2 · 1 = 0,045 · 10-2 МПа,

где q = 0,045 · 10-2 — принимаем по табл. 29.14; θ2 = 1,35 и θ1 = 1 – принимаем по графику.

Ветровой момент, действующий в сечении на высоте х0 = 1,5 и х0 = 0 – определяем по формуле:

МВ = 0,0058 (5—1,5) + 0,00787 (15—1,5) = 0,126 МН·м;

МВ’ = 0,0058 (5—0) + 0,00787 (15—0) = 0,147 МН·м.

Максимальное напряжение сжатия на опорной поверхности кольца определяем по формуле.

МПа,

где W = 0,2984 м3 — момент сопротивления опорного кольца; F = 0,888 м3 – площадь опорного кольца.

6. Толщину опорного кольца определяем по формуле:

м,

где b = 0,082 м — расстояние от выступающей части кольца до наружного диаметра опорной обечайки; σдоп = σи доп = 140 МПа — допускаемое напряжение на изгиб выбираем для материала опоры (для стали ВСт3сп4 — из табл. 1 - ГОСТ 14249-73)

Для выбранной опоры s2 = 0,02 м; следовательно условие прочности соблюдается.

Проверку на устойчивость корпуса выполняем по формуле, для чего значения NДоп , MДоп определяем по формулам:

NДоп = 3,14 · 1,412 · 0,006 · 0,867 · 130 = 2,973 МН·м,

где φс = 0,867 — определяем по формуле (II-14);

MДоп = 0,785 · 0,907 · 130 · 1,4122 · 0,006 = 1,0885 МН·м;

где φи = 0,907 — определяем по формуле.

Значения рр = 0 и рдоп= 0.

Следовательно,

;

0,245 < 1.

Условие устойчивости соблюдается.

Задача 7.2. Рассчитать отбензинивающую колонну непрерывного действия установки ЭЛОУ-АВТ для разделения GF = 85000 кг/ч жидкой смеси нефти и бензина, содержащей aF = 40% масс. бензина при рабочем давлении р = 760 мм рт. ст. Содержание бензина в дистилляте aд = 90% масс., в кубовом остатке аw = 10 % масс. Исходную смесь перед подачей в колонну подогревают до температуры кипения tF = 104 °С. Греющий пар имеет избыточное давление рп = МПа. Флегмовое рабочее число R = 1,4 Rmin.