Расчёт ректификационной колонны курсовой. Расчет ректификационой колонны. Расчет Ректификационные колонны. Расчет ректификационной колонны

Библиотека Рефераты Курсовые Дипломы Поиск

Промышленность и Производство

Расчет ректификационной колонны

1 Конструкция колонны и условие эксплуатации 1.1 Проектируемый аппарат предназначен для ведения тепломассобменных процессов. Колонный аппарат состоит из цельносварного корпуса и оборудован внутренними устройствами. В качестве внутренних устройств для ведения технологического процесса используют 40 колпачковых тарелок. Расстояние между тарелками 500 мм. Кроме этого в аппарате имеются штуцера, предназначенные для подвода сырья, вывода продукта, замера температуры и давления. Аппарат оборудован люками-лазами для ремонта и обслуживания. 1.2 Внешние условия работы Аппарат установлен в 3 ветровом районе, фундамент на грунтах средней плотности. Минимальная температура холодной десятидневки минус 36 (С. Аппарат теплоизолирован минеральной ватой, толщина изоляции sиз=80 мм и покрыта алюминиевой фольгой. Район не сейсмичный. 2 Основные расчетные параметры 2.1 Техническая характеристика Аппарат работает под давлением. Избыточное давление в аппарате 10 МПа, диаметр аппарата 1200 мм, рабочая температура 250 (С. Среда горячие светлые нефтепродукты. 2.2 Группа аппарата Условие работы аппарата - взрывоопасная среда и внутреннее давление. По условиям работы аппарат относится к I группе, поэтому процент контроля сварных швов принимается равным 100 % по ГОСТ 6996-86. 2.3 Рабочая и расчетная температура Расчетная температура R – это температура для определения физико- механических характеристик конструкционного материала и допускаемых напряжений. Она определяется на основании теплового расчета или результатов испытаний. Если при эксплуатации температура элемента аппарата может повысится до температуры соприкасающейся с ним среды, расчетная температура принимается равной рабочей, но не менее 20 (С. Проектируемый аппарат снабжен изоляцией препятствующей охлаждению или нагреванию элементов аппаратов внешней средой. Рабочая температура аппарата Т=250 (С. Расчетная температура ТР =250 (С. 2.4 Рабочее, расчетное и условное давление Рабочее давление P – максимальное избыточное давление среды в аппарате при нормальном протекании технологического процесса без учета допускаемого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного устройства P=1,4 МПа. Расчетное давление PR – максимальное допускаемое рабочее давление, на которое производится расчет на прочность и устойчивость элементов аппарата при максимальной их температуре. Как правило, расчетное давление может равняться рабочему давлению. Расчетное давление может быть выше рабочего в следующих случаях: если во время действия предохранительных устройств давление в аппарате может повыситься более чем на 10% от рабочего, то расчетное давление должно быть равно 90% давления в аппарате при полном открытии предохранительного устройства; если на элемент действует гидростатическое давление от столба жидкости в аппарате, значение которого свыше 5% расчетного, то расчетное давление для этого элемента соответственно повышается на значение гидростатического давления. Поскольку аппарат снабжен предохранительным клапанном и рабочее давление P>0,07 МПа РR1=1,1(P, (1)где P – рабочее давление, P=10 МПа; PR1=1,1(10=11 МПа.

Пробное давление для испытания аппарата определим по формуле 20 – допускаемое напряжение материала при 20 (С, R – допускаемое напряжение материала при расчетной температуре =250 (С, МПа. Условное давление для выбора узлов и фланцевых соединений определим по формуле МПа. 2.5 Выбор материала По условиям работы аппарата, как в рабочих условиях так и в условиях монтажа, ремонта, нагрузок от веса и ветровых нагрузок, для этих условий выбираем сталь 16ГС область применения от –40 (С до 475 (С, по давлению не ограничена. Выбрали по ОСТ 26-291-94, ГОСТ 14249-89 сталь 16ГС. 2.6 Допускаемые напряжения Определим допускаемые напряжение для стали 16ГС с толщиной стенки свыше 32 мм при ТР=250 (С. По ГОСТ 14249-89 =145 МПа. 2.7 Модуль продольной упругости Выбираем расчетное значение модуля продольной упругости Е=1,75(105 МПа. 2.8 Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов Прибавка на коррозию металла принимаем С1=2 мм. Прибавка на минусовое значение по толщине листа принимаем 5% и далее не учитываем С2=0 мм. 2.9 Коэффициенты прочности сварных швов Корпус имеет продольные и кольцевые сварные швы. Применим автоматическую сварку род слоем флюса со сплошным проваром. Для корпуса аппарата выбираем стыковые швы. Значение коэффициента прочности сварных швов принимаем (=1. Приварка штуцеров будет выполняться в ручную с подваркой корня шва и значение коэффициента прочности сварных швов принимаем (=1. 3 Расчет на прочность и устойчивость корпуса аппарата от расчетного давления 3.1 Расчет обечайки нагруженной внутренним избыточным давлением Цель расчета: расчет на прочность, определение толщины стенки аппарата удовлетворяющая условиям прочности. Расчетная схема аппарата приведена на рисунке 1. Исходные данные для расчета: - расчетное давление PR = 11МПа; - диаметр колонны D=1200 мм; - допускаемое напряжение при =250 (С, =145 МПа; - коэффициент прочности сварного шва (=1; - общая прибавка к толщине металла С=2 мм. Рисунок 1 – Расчетная схема аппарата Толщина стенки аппарата определяется по формулам , (5) где s - исполнительная толщина стенки, мм; D- внутренний диаметр аппарата, мм. м. s ( 47,31 2 = 49,31 мм. Принимается исполнительная толщина стенки сосуда s=50 мм. Допускаемое внутреннее избыточное давление для оболочки, МПа МПа. Условия применения расчетных формул 0,04000 < 0,1. Условие по формуле (7) выполняется. 3.2 Расчет днищ Цель расчета: расчет на прочность, определение толщины эллиптического днища удовлетворяющего условию прочности. Расчетная схема эллиптического днища приведена на рисунке 2. Исходные данные для расчета: - расчетное давление PR = 11МПа; - диаметр колонны D=1200 мм; - допускаемое напряжение при =250 (С, =145 МПа; - коэффициент прочности сварного шва (=1; - общая прибавка к толщине металла С=2 мм. Рисунок 2 - Днище эллиптическое Для данной обечайки выбираются эклиптические отбортованные днища. Толщина стенки днища определяется по формулам , (8) sд ( s c (9) где R — радиус кривизны в вершине днища, м; R = D — для эллиптических днищ с H=0,25(D. H=0,25(1200=300 мм, R=1,2 м, мм, sд = 46,39 2 = 48,39 мм. Принимаем толщину днищ стандартного значения sд=50 мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление для оболочки, МПа определяется по формуле МПа. Условия применения расчетных формул для эллиптических днищ Условие выполняется. Определим длину цилиндрической отбортованной части днища h1>192 мм. Принимаем h1=200 мм. 3.3 Выбор стандартных штуцеров. По технологии производства или эксплуатационным требованиям в стенках аппаратов, днищах и крышках делают отверстия для люков—лазов, загрузочных приспособлений, штуцеров и т. д. Схема штуцера с приварным фланцем встык и тонкостенным патрубком приведем на рисунке Рисунок 3 – Схема штуцера с приварным фланцем встык и патрубком Основные размеры патрубков, стандартных стальных фланцевых тонкостенных штуцеров приведены в таблице 1. Таблица 1 – Основные размеры патрубков, стандартных стальных фланцевых тонкостенных штуцеров по ОСТ 26-1404-76, ОСТ 26-1410-76 Обозначение Ду, мм dт, мм давление условное Pу, Sт, мм Hт, мм МПа А 250 273 16 20 335 Б, Д 100 108 16 10 220 В, Е 150 159 16 16 260 Г 200 219 16 20 315 И 50 57 4 6 230 К, Р, С 50 57 2,5 6 165 М 50 57 1,6 6 165 3.4 Сопряжение узлов Цель расчета: определить напряжение в сопряжение цилиндрической оболочки с эллиптическим днищем в условиях нагружения внутренним давлением. Расчетная схема к определению краевых сил и моментов приведена на рисунке 4. Исходные данные для расчета: - расчетное давление PR = 11МПа; - диаметр колонны D=1200 мм; - допускаемое напряжение при =250 (С, =145 МПа; - коэффициент прочности сварного шва (=1; - общая прибавка к толщине металла С=2 мм. - соединение цилиндрической оболочки с эллиптическим днищем; 2 – расчетная схема. Рисунок 4 – Схема к определению краевых сил и моментов Определим краевые силы и моменты из уравнения совместимости деформацией для места стыка обечайки с эллиптическим днищем - соответственно радиальные и угловые перемещения края цилиндрической оболочки под действием нагрузок P, Q0, и М0; - соответственно радиальные и угловые перемещения края эллиптической оболочки под действием нагрузок P, Q0 и М0. Подставляем в уравнение (13) соответствующие значения деформаций, (15)где ( - коэффициент Пуассона, (=0,3. . Определим суммарные напряжения на краю эллиптического днища, меридиальное и кольцевое соответственно по формулам - соответственно меридиальные напряжения действующие от нагрузок Р, Q0, М0; - соответственно кольцевые напряжения действующие от нагрузок P, Q0, M0. Подставим соответствующие значения нагрузок в уравнение (16), (17) Определим суммарные напряжения на краю цилиндрической обечайки, меридиальное и кольцевые соответственно - соответственно меридиальные и кольцевые напряжения, действующие от нагрузок P, Q0, M0. Подставим соответствующие значения погрузок в уравнение (20), (21) Определим максимальное напряжение на краю эллиптического днища и цилиндрической обечайке соответственно , (24) 139,29 МПа < 145 МПа, 139,36 МПа < 145 МПа. Таким образом, напряжения на краю соединяемых эллиптической и цилиндрической оболочек (maxЭ=139,29 МПа и (max=139,36 МПа меньше критического допускаемого напряжения кр=145 МПа, т.е. условие прочности в месте сопряжения элементов выполняется.