Технологический расчет ректификационной колонны. Определение оптимальных диаметров трубопроводов. Оценка гидравлического сопротивления конструкционных элементов колонны. Механический расчет толщины обечайки, днища, фланцевых соединений и крышки.
Аннотация к работе
В качестве аппаратов служащих для проведения ректификации используются ректификационные колонны - состоящие из собственно колонны, где осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара - куба и дефлегматора. Колонна представляет собой вертикально стоящий полый цилиндр, внутри которого установлены так называемые тарелки (контактные устройства различной конструкции) или помещен фигурный кусковой материал - насадка. Как в насадочных, так и в тарельчатых колоннах кинетическая энергия пара используется для преодоления гидравлического сопротивления контактных устройств и для создания динамической дисперсной системы пар - жидкость с большой межфазной поверхностью. В первом случае разделяемая смесь непрерывно подается в ректификационную колонну, а из колонны непрерывно отводятся две или более число фракций, обогащенных одними компонентами и обедненных другими. Исходная смесь (обычно при температуре кипения) подается в колонну, где смешивается с так называемой извлеченной жидкостью, стекающей по контактным устройствам (тарелкам или насадке) исчерпывающей секции противотоком к поднимающемуся потоку пара.Исходную смесь из промежуточной емкости 1 центробежным насосом 2 подают в теплообменник 3, где она подогревается до температуры кипения. Нагретая смесь поступает на разделение в ректификационную колонну 5 на тарелку питания, где состав жидкости равен составу исходной смеси XF. Стекая вниз по колонне, жидкость взаимодействует с поднимающимся вверх паром, образующимся при кипении кубовой жидкости в кипятильнике 4.Необходимо рассчитать ректификационную колонну с ситчатыми тарелками для разделения смеси сероуглерод - четыреххлористый углерод под давлением 4 атм. и определить ее основные геометрические размеры (диаметр и высоту). Нагрузка ректификационной колонны по пару и жидкости определяется рабочим флегмовым числом. При этом: , где - мольные доли легколетучего компонента в жидкости, - концентрация легколетучего компонента в паре, находящаяся в равновесии с жидкостью (питанием исходной смеси). Средние мольные массы жидкости в верхней и нижней частях колонны находят по формулам: , , где и - средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней части колонны: , . Определим коэффициент диффузии газа для нижней и верней части колонны при средней температуре t (в ?С) по формуле: Коэффициенты диффузии в жидкости Dx20 при 20?С можно вычислить по приближенной формуле: , где А, В - коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя;Рассчитаем диаметр трубопровода подачи питания: . ? = 1360 кг/м 3 Рассчитаем диаметр трубопровода входа флегмы: . ? = 1360 кг/м 3. Рассчитаем диаметр трубопровода выхода паров: . м.Гидравлическое сопротивление тарелок колонны определяют по формуле: , где и - гидравлическое сопротивление тарелки соответственно верхней и нижней частей колонны, Па. Полное гидравлическое сопротивление тарелки складывается из трех слагаемых: . Гидравлическое сопротивление сухой ситчатой тарелки рассчитываем по уравнению: .Для ректификационной колонны, диаметром 1000 мм, примем стандартную минимальную толщину стенки корпуса ? = 8 мм и проверим, выполняется ли условие: , где Ск - прибавка к номинальной толщине детали, учитывающая разрушающее действие среды на материал: , - амортизационный срок службы аппарата (принимаем = 10 лет); П - коррозионная проницаемость, мм/год (принимаем П = 0,1 мм/год).Составными элементами корпусов химических аппаратов являются днища, которые обычно изготовляются из того же материала, что и обечайки, и привариваются к ней. Днище неразъемное ограничивает корпус вертикального аппарата снизу и сверху.Расчет фланцевого соединения заключается в определении диаметра болтов, их количества и размеров элементов фланцев. При рабочих условиях расчетное растягивающее усилие в болтах определяем по формуле: , где - средний диаметр уплотнения (прокладки), м; Расчетную силу сжатия прокладки прямоугольного сечения определяем по формуле: , где b - эффективная ширина прокладки (причем b = b0, если b0 ? 1см; b = , если b0 > 1; Диаметр болтовой окружности можно приближенно определить по формуле: , где DB - внутренний диаметр фланца, обычно равный наружному диаметру аппарата, м. м. Расчетный диаметр болтов определяем по формуле: и затем округляем в меньшую сторону до ближайшего стандартного размера (Dг - наружный диаметр сварного шва на фланце, м). м.Выбор типа опоры зависит от ряда условий: места установки аппарата, соотношения высоты и диаметра аппарата, его массы и т.д. Расчет опоры колонного аппарата, устанавливаемого на открытой площадке, проводим, исходя из ветровой и сейсмической нагрузок. Отношение вылета к высоте ребра l/h принимаем равным 0,5.