Реферат: Расчет ректификационной колонны

1 Конструкция колонны и условие эксплуатации

1.1 Проектируемыйаппарат предназначен для ведения тепломассобменных процессов. Колонный аппаратсостоит из цельносварного корпуса и оборудован внутренними устройствами. Вкачестве внутренних устройств для ведения технологического процесса используют40 колпачковых тарелок. Расстояние между тарелками 500 мм. Кроме этого ваппарате имеются штуцера, предназначенные для подвода сырья, вывода продукта,замера температуры и давления. Аппарат оборудован люками-лазами для ремонта иобслуживания.

1.2 Внешние условия работы

Аппарат установлен в 3ветровом районе, фундамент на грунтах средней плотности. Минимальнаятемпература холодной десятидневки минус 36 °

С. Аппарат теплоизолированминеральной ватой, толщина изоляции sиз=80 мм и покрыта алюминиевой фольгой. Район не сейсмичный.

2 Основные расчетные параметры

2.1 Техническаяхарактеристика

Аппаратработает под давлением. Избыточное давление в аппарате 10 МПа, диаметр аппарата1200 мм, рабочая температура 250 °

С. Среда горячие светлые нефтепродукты.

2.2 Группа аппарата

Условие работы аппарата [1]- взрывоопасная среда и внутреннеедавление. По условиям работы аппарат относится к Iгруппе, поэтому процентконтроля сварных швов принимается равным 100 % по ГОСТ 6996-86.

2.3 Рабочая и расчетнаятемпература

Расчетная температура TR– это температура для определения физико-механических характеристикконструкционного материала и допускаемых напряжений. Она определяется наосновании теплового расчета или результатов испытаний. Если при эксплуатациитемпература элемента аппарата может повысится до температуры соприкасающейся сним среды, расчетная температура принимается равной рабочей, но не менее 20 °

С. Проектируемый аппарат снабжен изоляцией препятствующей охлаждению илинагреванию элементов аппаратов внешней средой.

Рабочая температура аппаратаТ=250 °

С.

Расчетная температура ТР=250 °

С.

2.4 Рабочее, расчетное иусловное давление

Рабочее давление P–максимальное избыточное давление среды в аппарате при нормальном протеканиитехнологического процесса без учета допускаемого кратковременного повышениядавления во время действия предохранительного устройства P=1,4МПа.

Расчетное давление PR– максимальное допускаемое рабочее давление, на которое производитсярасчет на прочность и устойчивость элементов аппарата при максимальной ихтемпературе. Как правило, расчетное давление может равняться рабочему давлению.

Расчетное давление можетбыть выше рабочего в следующих случаях: если во время действия предохранительныхустройств давление в аппарате может повыситься более чем на 10% от рабочего, торасчетное давление должно быть равно 90% давления в аппарате при полномоткрытии предохранительного устройства; если на элемент действуетгидростатическое давление от столба жидкости в аппарате, значение которогосвыше 5% расчетного, то расчетное давление для этого элемента соответственноповышается на значение гидростатического давления.

Поскольку аппарат снабженпредохранительным клапанном и рабочее давление P>0,07 МПа

РR1=1,1×

P, (SEQ ( * ARABIC 1

гдеP– рабочее давление, P=10МПа;

PR1=1,1×

10=11 МПа. Пробное давление дляиспытания аппарата определим по формуле

<img src="/cache/referats/11686/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> (SEQ ( * ARABIC 2

где [s

]20 – допускаемоенапряжение материала при 20 °С, [s]20=196 МПа;

[s

]tR– допускаемое напряжение материала при расчетной температуре t=250 °С, [s]250=145 МПа.

Условное давление для выбораузлов и фланцевых соединений определим по формуле

<img src="/cache/referats/11686/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> (SEQ ( * ARABIC 3

2.5 Выбор материала

По условиям работы аппарата,как в рабочих условиях так и в условиях монтажа, ремонта, нагрузок от веса иветровых нагрузок, для этих условий выбираем сталь 16ГС область применения от–40 °

С до +475 °С, по давлению неограничена.

Выбрали по ОСТ 26-291-94,ГОСТ 14249-89 сталь 16ГС.

2.6 Допускаемые напряжения

Определим допускаемыенапряжение для стали 16ГС с толщиной стенки свыше 32 мм при ТР=250 °

С.

По ГОСТ 14249-89 [s

]=145 МПа.

2.7 Модуль продольнойупругости

Выбираем расчетное значениемодуля продольной упругости

Е=1,75×

105 МПа.

2.8 Прибавки к расчетнымтолщинам конструктивных элементов

Прибавка на коррозию металлапринимаем

С1=2мм.

Прибавкана минусовое значение по толщине листа принимаем 5% и далее не учитываем

С2=0мм.

2.9 Коэффициенты прочностисварных швов

Корпус имеет продольные икольцевые сварные швы. Применим автоматическую сварку род слоем флюса сосплошным проваром. Для корпуса аппарата выбираем стыковые швы.

Значение коэффициентапрочности сварных швов принимаем

j

=1.

Приваркаштуцеров будет выполняться в ручную с подваркой корня шва и значениекоэффициента прочности сварных швов принимаем

j

=1.

3Расчет на прочность и устойчивость корпуса аппарата от расчетного давления

3.1 Расчет обечайкинагруженной внутренним избыточным давлением

Цель расчета: расчет напрочность, определение толщины стенки аппарата удовлетворяющая условиямпрочности.

Расчетная схема аппаратаприведена на рисунке 1.

Исходные данные для расчета:

-

расчетное давление PR= 11МПа;

-

диаметр колонны D=1200 мм;

-

допускаемое напряжение при T=250 °С, [s]=145 МПа;

-

коэффициент прочности сварного шва j=1;

-

общая прибавка к толщине металла С=2 мм.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 1

Толщина стенки аппаратаопределяется по формулам

<img src="/cache/referats/11686/image011.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> (SEQ ( * ARABIC 4

<img src="/cache/referats/11686/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> (SEQ ( * ARABIC 5

где s — исполнительная толщина стенки, мм; D- внутренний диаметр аппарата, мм.

<img src="/cache/referats/11686/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1032"> м.

s³

47,31 + 2 = 49,31 мм.

Принимается исполнительная толщина стенки сосуда s=50 мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление дляоболочки, МПа

<img src="/cache/referats/11686/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> (SEQ ( * ARABIC 6

<img src="/cache/referats/11686/image019.gif" v:shapes="_x0000_i1034"> МПа.

Условия применения расчетных формул

<img src="/cache/referats/11686/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> (SEQ ( * ARABIC 7

тогда

0,04000 < 0,1.

Условие по формуле (7) выполняется.

3.2 Расчет днищ

Цель расчета: расчет напрочность, определение толщиныэллиптического днища удовлетворяющего условию прочности.

Расчетная схемаэллиптического днища приведена на рисунке 2.

Исходные данные для расчета:

-

расчетное давление PR= 11МПа;

-

диаметр колонны D=1200 мм;

-

коэффициент прочности сварного шва j=1;

-

общая прибавка к толщине металла С=2 мм.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 2

Для данной обечайки выбираются эклиптическиеотбортованные днища.Толщина стенки днища определяется по формулам

<img src="/cache/referats/11686/image027.gif" v:shapes="_x0000_i1038"> (SEQ ( * ARABIC8

sд ³

s + c (SEQ ( * ARABIC9

где R — радиус кривизны в вершине днища, м;

R = D — для эллиптическихднищ с H=0,25×

H=0,25×

1200=300 мм,

R=1,2 м,

<img src="/cache/referats/11686/image029.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> мм,

sд= 46,39+2 = 48,39 мм.

Принимаем толщину днищ стандартного значения sд=50мм.

Допускаемое внутреннее избыточноедавление для оболочки, МПа

определяется по формуле

<img src="/cache/referats/11686/image031.gif" v:shapes="_x0000_i1040"> (SEQ ( * ARABIC 10

<img src="/cache/referats/11686/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1041"> МПа.

Условия применения расчетныхформул для эллиптических днищ

<img src="/cache/referats/11686/image035.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> (SEQ ( * ARABIC 11

Условие выполняется.

Определим длинуцилиндрической отбортованной части днища

<img src="/cache/referats/11686/image039.gif" v:shapes="_x0000_i1044"> (SEQ ( * ARABIC 12

h1>192 мм.

Принимаем h1=200 мм.

3.3 Выбор стандартныхштуцеров.

По технологии производства илиэксплуатационным требованиям в стенках аппаратов, днищах и крышках делаютотверстия для люков—лазов, загрузочных приспособлений, штуцеров и т. д. Схемаштуцера с приварным фланцем встык и тонкостенным патрубком приведем на рисунке

Рисунок SEQ Рисунок *ARABIC 3

Основные размеры патрубков, стандартных стальных фланцевыхтонкостенных штуцеров приведены в таблице 1.

Таблица SEQ Таблица * ARABIC 1

Обозначение

Ду, мм

dт, мм

давление условное Pу, МПа

Sт, мм

Hт, мм

250

273

335

Б, Д

100

108

220

В, Е

150

159

260

200

219

315

230

К, Р, С

2,5

165

1,6

165

3.4 Сопряжение узлов

Цель расчета: определитьнапряжение в сопряжение цилиндрической оболочки с эллиптическим днищем вусловиях нагружения внутренним давлением.

Расчетная схема копределению краевых сил и моментов приведена на рисунке 4.

Исходные данные для расчета:

-

расчетное давление PR= 11МПа;

-

диаметр колонны D=1200 мм;

-

коэффициент прочности сварного шва j=1;

-

общая прибавка к толщине металла С=2 мм.

- соединение цилиндрическойоболочки с эллиптическим днищем; 2 – расчетная схема.

Рисунок SEQ Рисунок *ARABIC 4

Определим краевые силы и моментыиз уравнения совместимости деформацией для места стыка обечайки с эллиптическимднищем

<img src="/cache/referats/11686/image047.gif" v:shapes="_x0000_i1048"> (SEQ ( * ARABIC 13

где <img src="/cache/referats/11686/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1049">P, Q0, и М0;

<img src="/cache/referats/11686/image051.gif" v:shapes="_x0000_i1050"> — соответственнорадиальные и угловые перемещения края эллиптической оболочки под действиемнагрузок P, Q0 и М0.

Подставляем в уравнение (13) соответствующиезначения деформаций

<img src="/cache/referats/11686/image053.gif" v:shapes="_x0000_i1051">SEQ ( * ARABIC 14

гдеb

=bЭ, R=a=600 мм, b=300мм.

<img src="/cache/referats/11686/image055.gif" v:shapes="_x0000_i1052"> (SEQ ( * ARABIC 15

гдеm

— коэффициент Пуассона, m=0,3.

Определим суммарные напряженияна краю эллиптического днища, меридиальное и кольцевое соответственно поформулам

<img src="/cache/referats/11686/image067.gif" v:shapes="_x0000_i1058"> (SEQ ( * ARABIC 16

<img src="/cache/referats/11686/image069.gif" v:shapes="_x0000_i1059"> (SEQ ( * ARABIC 17

где<img src="/cache/referats/11686/image071.gif" v:shapes="_x0000_i1060"> — соответственномеридиальные напряжения действующие от нагрузок Р, Q0, М0;

<img src="/cache/referats/11686/image073.gif" v:shapes="_x0000_i1061"> — соответственнокольцевые напряжения действующие от нагрузок P, Q0, M0.

Подставим соответствующие значения нагрузок вуравнение (16), (17)

<img src="/cache/referats/11686/image075.gif" v:shapes="_x0000_i1062"> (SEQ ( * ARABIC 18

<img src="/cache/referats/11686/image077.gif" v:shapes="_x0000_i1063"> (SEQ ( * ARABIC 19

<img src="/cache/referats/11686/image079.gif" v:shapes="_x0000_i1064"> МПа,

Определимсуммарные напряжения на краю цилиндрической обечайки, меридиальное и кольцевыесоответственно

<img src="/cache/referats/11686/image083.gif" v:shapes="_x0000_i1066"> (SEQ ( * ARABIC 20

<img src="/cache/referats/11686/image085.gif" v:shapes="_x0000_i1067"><img src="/cache/referats/11686/image087.gif" v:shapes="_x0000_i1068"> (SEQ ( * ARABIC 21

где<img src="/cache/referats/11686/image089.gif" v:shapes="_x0000_i1069">P, Q0, M0.

Подставим соответствующие значения погрузок вуравнение (20), (21)

<img src="/cache/referats/11686/image091.gif" v:shapes="_x0000_i1070"> (SEQ ( * ARABIC 22

<img src="/cache/referats/11686/image093.gif" v:shapes="_x0000_i1071"> (SEQ ( * ARABIC 23

<img src="/cache/referats/11686/image095.gif" v:shapes="_x0000_i1072"> МПа,

Определиммаксимальное напряжение на краю эллиптического днища и цилиндрической обечайкесоответственно

<img src="/cache/referats/11686/image103.gif" v:shapes="_x0000_i1076"> (SEQ ( * ARABIC 24

139,29 МПа <145МПа,

139,36 МПа < 145 МПа.

Таким образом,напряжения на краю соединяемых эллиптической и цилиндрической оболочек s

maxЭ=139,29МПа и smax=139,36МПа меньше критического допускаемого напряжения [s]кр=145 МПа, т.е.условие прочности в месте сопряжения элементов выполняется.

4 Расчет укрепления отверстий

Цель расчета: определение размеров укрепляющихэлементов.

Расчетные схемы штуцеровприведена на рисунке 5.

Исходные данные для расчета:

-

расчетное давление в колонне PR= 11 МПа;

-

внутренний диаметр колонны D=1200 мм;

-

исполнительная толщина обечайки и днища s=50 мм;

-

допускаемое напряжение при T=250 °С и s=50 мм, [s]=145 МПа;

-

допускаемое напряжение при T=250 °С и s<50 мм, [s]=162 МПа;

-

коэффициент прочности сварного шва j=1;

-

общая прибавка к толщине металла для корпуса колонны с=2 мм;

-

общая прибавка к толщине металла для штуцера cs=1 мм.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 5

4.1 Выбор материала

Удаление материала стенки ввырезе эквивалентно удалению каких

- то связей в системе и для сохранения ее равновесиянеобходима их компенсация.

Для изготовления штуцеровприменяется сталь 16ГС допускаемое напряжение для которого при tR=250 °

C равно [s]250=162 МПа.

Для условного давления Ру=11МПа выбираются тонкостенные штуцера с фланцами по ОСТ 26-1410-76. Все размерыштуцеров заносятся в таблицу 2.

Таблица SEQ Таблица * ARABIC 2

— Таблица штуцеров

штуцер

Условный

проход

Ду, мм

Внутренний

диаметр

штуцера

dт, мм

Толщина

стенки

s1, мм

Длина

штуцера

Hт, мм

Условное давление Ру, МПа

250

273

335

Б, Д

100

108

220

В, Е

150

159

260

200

219

315

230

К1, К2, Р, С

165

2,5

М1, М2

165

1,6

Ж1, Ж2, Жn

450

200

4.2 Расчетные диаметры

4.2.1 Расчетные диаметры укрепляемых элементов определяютсяпо формулам

— для цилиндрической обечайки

DR= D (SEQ( * ARABIC25)

Для штуцеров A1, В1, В2, И, К1, К2, Р, С, М1, М2, Ж1, Ж2, Жn

DR= 1200 мм.

— для эллиптических днищ при высотеднища H = 0,25×

<img src="/cache/referats/11686/image108.gif" v:shapes="_x0000_i1079"> (SEQ ( * ARABIC 26

где x — расстояние от центра укрепляемогоотверстия до оси эллиптического днища.

Для штуцера Д1, С

<img src="/cache/referats/11686/image110.gif" v:shapes="_x0000_i1080">мм.

Для штуцера Е1, Г

<img src="/cache/referats/11686/image112.gif" v:shapes="_x0000_i1081"> мм.

4.2.2 Расчетный диаметр отверстия в стенке обечайке,ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия определим поформуле

dр=d+2×

cs, (SEQ ( * ARABIC27

Дляштуцеров A1, В1, В2, И, К1, К2, Р, С, М1, М2, Ж1, Ж2, Жn

при d = 273 мм, dР= 273 + 2×

1 = 275 мм,

при d = 108 мм, dР= 108 + 2×

1 = 110 мм,

при d = 159 мм, dР= 159 + 2×

1 = 161 мм,

при d = 57 мм, dР= 57 + 2×

1 = 59 мм,

при d = 450 мм, dР= 450 + 2×

1 = 452 мм.

Расчетный диаметр отверстия для смещенного штуцерана эллиптическом днище определяют по формуле

<img src="/cache/referats/11686/image114.gif" v:shapes="_x0000_i1082"> (SEQ ( * ARABIC 28

Для штуцера Д1

Для штуцера С

Для штуцера Е1

Для штуцера Г

<img src="/cache/referats/11686/image122.gif" v:shapes="_x0000_i1086"> мм.

Выбранные диаметры удовлетворяютрасчет.

4.3 Расчетные толщины

Расчетная толщина стенки штуцера нагруженного каквнутренним так и внешним давлением определяется по формуле

(SEQ ( * ARABIC 29

где j

1— коэффициент прочностипродольного сварного соединения штуцера, j1= 1, [s1]=162 МПа

еще рефераты

Еще работы по промышленности и производству

Реферат по промышленности и производству

Организация производства (шпаргалка)

29 Августа 2013

Реферат по промышленности и производству

Технологические основы машиностроения (лекции)

29 Августа 2013

Реферат по промышленности и производству

Проектирование аспирационной системы деревообрабатывающего цеха

29 Августа 2013

Реферат по промышленности и производству

Технико-экономическое обоснование выбора проектного решения

29 Августа 2013