Производство аммиака
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 31 Марта 2013 в 17:51, курсовая работа
Краткое описание
В курсовом проекте была спроектирована конденсационная колонна, используемая в производства аммиака и предназначенная для конденсации NH 3 из азотоводородной смеси. В разделе, посвященном описанию технологической схемы установки, описан процесс производства аммиака на установке мощностью 1360 т/сут. Обзор конструкций проектируемого оборудования содержит описание применяемых при производстве аммиака теплообменных аппаратов. Подробно рассмотрена конструкция конденсационной колонны. Технологический раздел содержит расчеты по проектируемому аппарату и вспомогательному оборудованию. Определены геометрические размеры аппарата
и его составных частей.
Содержание работы
Введение........................................................................................................................... 7
1 Описание технологической схемы............................................................................. 9
2 Обзор конструкций проектируемого оборудования............................................... 12
3 Технологический раздел............................................................................................ 18
3.1 Исходные данные.................................................................................................... 18
4 Расчетно-конструкторский раздел............................................................................ 26
4.1 Конструирование аппарата .................................................................................... 26
4.2 Обоснование выбора материала ............................................................................ 26
4.3 Расчет цилиндрической обечайки ......................................................................... 27
4.4 Расчет фланцевого соединения.............................................................................. 28
5 Специальный раздел .................................................................................................. 34
5.1 Определение массы аппарата................................................................................. 34
5.2 Доставка оборудования на монтажную площадку.............................................. 35
5.3 Выбор способа монтажа ......................................................................................... 36
5.4 Выбор кранов и расчёт такелажной оснастки...................................................... 37
5.5 Приёмка фундамента под монтаж......................................................................... 43
5.6 Выверка и испытание оборудования..................................................................... 44
Заключение .................................................................................................................... 46
Содержимое работы - 1 файл
Лит.
Изм. Лист № докум.
Подп.
Дата
Лист
Разраб.
Проверил
Н.контр.
Утв.
Листов
СОДЕРЖАНИЕ
Введение........................................................................................................................... 7
1 Описание технологической схемы............................................................................. 9
2 Обзор конструкций проектируемого оборудования............................................... 12
3 Технологический раздел............................................................................................ 18
3.1 Исходные данные.................................................................................................... 18
4 Расчетно-конструкторский раздел............................................................................ 26
4.1 Конструирование аппарата .................................................................................... 26
4.2 Обоснование выбора материала ............................................................................ 26
4.3 Расчет цилиндрической обечайки ......................................................................... 27
4.4 Расчет фланцевого соединения.............................................................................. 28
5 Специальный раздел .................................................................................................. 34
5.1 Определение массы аппарата................................................................................. 34
5.2 Доставка оборудования на монтажную площадку.............................................. 35
5.3 Выбор способа монтажа ......................................................................................... 36
5.4 Выбор кранов и расчёт такелажной оснастки...................................................... 37
5.5 Приёмка фундамента под монтаж......................................................................... 43
5.6 Выверка и испытание оборудования..................................................................... 44
Заключение .................................................................................................................... 46
Список использованных источников .......................................................................... 47
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
8
руют в газовую смесь для достижения стехиометрического соотношения N
2
:Н
2
=
= 1:3. В других схемах используют и чистый жидкий азот для тонкой очистки
синтез-газа от вредных примесей, и газообразный, вводя его в строго корректи-
руемом соотношении в конвертированный газ. В последнем случае воздух под-
вергают разделению методом глубокого охлаждения.
Аммиак – ключевой продукт различных азотсодержащих веществ, приме-
няемых в промышленности и сельском хозяйстве. Д. Н. Прянишников назвал ам-
миак «альфой и омегой» в обмене азотистых веществ у растений [1].
Состав аммиака был установлен К. Бертолле в 1784 г. Аммиак NH
3
– основа-
ние, умеренно сильный восстановительный агент и эффективный комплексообра-
зователь по отношению к катионам, обладающим вакантными связывающими ор-
биталями.
При производстве аммиака одной из стадий является конденсация газообраз-
ного NH
3
из реакционной смеси. Конденсация выполняется путем понижения
температуры в специальном аппарате – конденсационной колонне.
Расчет конденсационной колонны в производстве аммиака является целью
данного дипломного проекта.
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
10
195 °С за счет теплоты газа, выходящего из колонны синтеза. Затем циркуляци-
онный газ поступает в колонну синтеза 2.
В колонне синтеза газ проходит снизу вверх по кольцевой щели между кор-
пусом колонны и кожухом насадки и поступает в межтрубное пространство внут-
реннего теплообменника, размещенного в горловине корпуса колонны синтеза. В
теплообменнике циркуляционный газ нагревается до температуры начала реакции
400–440 °С за счет теплоты конвертированного газа и затем последовательно про-
ходит четыре слоя катализатора, в результате чего концентрация аммиака в газе
повышается до 15%. Пройдя через центральную трубу, при температуре 500–
515 °С азотоводородоаммиачная смесь направляется во внутренний теплообмен-
ник, где охлаждается до 330°С. Дальнейшее охлаждение газовой смеси до 130 °С
осуществляется в трубном пространстве подогревателя питательной воды 3, в
трубном пространстве выносного теплообменника 4 до 65 °С за счет холодного
циркулирующего газа, идущего по межтрубному пространству, и затем в аппара-
тах воздушного охлаждения 7 до 40 °С, при этом часть аммиака конденсируется.
Жидкий аммиак, сконденсировавшийся при охлаждении, отделяется в сепараторе
6, а затем смесь, содержащая 10–12% NH
3
, идет на циркуляционное колесо ком-
прессора 5 азотоводородной смеси, где сжимается до 32 МПа.
Циркуляционный газ при температуре 50 °C поступает в систему вторичной
конденсации, включающую конденсационную колонну 8 и испарители жидкого
аммиака 15. В конденсационной колонне газ охлаждается до 18 °С и в испарите-
лях за счет кипения аммиака в межтрубном пространстве до –5 °С. Из трубного
пространства испарителей смесь охлажденного циркуляционного газа и сконден-
сировавшегося аммиака поступает в сепарационную часть конденсационной ко-
лонны, где происходит отделение жидкого аммиака от газа и смешение свежей
азотоводородной смеси с циркуляционным газом. Далее газовая смесь проходит
корзину с фарфоровыми кольцами Рашига, где отделяется от капель жидкого ам-
миака, поднимается по трубкам теплообменника и направляется в выносной теп-
лообменник 4, а затем в колонну синтеза 2.
Жидкий аммиак из первичного сепаратора проходит магнитный фильтр 16,
где из него выделяется катализаторная пыль, и смешивается с жидким аммиаком
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
12
2 Обзор конструкций проектируемого оборудования
С целью наиболее полного использования теплоты реакции в энерготехноло-
гических системах широко применяются теплообменники различных типов. Ниже
дана краткая характеристика некоторых из них [2].
Выносной теплообменник синтез-газа. Аппарат предназначен для предвари-
тельного подогрева газа, поступающего в колонну синтеза аммиака. Схема аппа-
рата показана на рисунке 1.2. [2]
Теплообменник устанавливают вертикально; он состоит из корпуса высокого
давления и внутренней насадки. Насадка набрана из труб диаметром 12×1,5 мм,
трубные решетки которых вмонтированны в верхнее и нижнее днища. Темпера-
турные изменения длины труб компенсируются сильфонным компенсатором, ус-
тановленным в крышке аппарата. Вход газа в аппарат (после подогревателя воды)
осуществляется снизу через штуцер I, выход газа в воздушный конденсатор —
через штуцер II, вход газа в теплообменник после циркуляционного компрессора
— через штуцер III, выход газа в колонну синтеза — через штуцер IV.
Рабочее давление в трубах составляет 29,6 МПа, в межтрубном пространстве
32,8 МПа. Рабочая температура в трубах равна 220 – 80 °С, в межтрубном про-
странстве 45 – 200 °С Вместимость аппарата 28 м
3
.
Низкотемпературный выносной теплообменник. Схема низкотемпературно-
го выносного теплообменника с рабочим давлением в трубах 32,6 МПа и в меж-
трубном пространстве — 31,4 МПа изображена на рисунке 1.3 [2]
Средняя рабочая температура в трубах составляет 112° С, в межтрубном про-
странстве — 157° С Общая поверхность теплообмена — 1093,3 м
2
. Аппарат пред-
назначен для более полного использования теплоты конвертированных газов и
устанавливается после «горячего» теплообменника.
Корпус аппарата изготовлен в виде многослойного цилиндра, концевые части
– днище и крышка – штампованные, приварены к корпусу Общая длина теплооб-
менника – 16292 мм, внешний диаметр корпуса – 1365 мм, масса — 85 т. Вход га-
зовой смеси осуществляется через штуцер I, выход — через штуцер II. Вход горя-
чего газа в межтрубное пространство — через штуцер III, выход — через штуцер
IV.
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
14
Рисунок 2.2 – Выносной теплообменник
Подогреватель питательной воды. Аппарат приведенный на рисунке 1.4,
предназначен для подогрева питательной воды, поступающей в котел-утилизатор,
от 102 до 300° С за счет теплоты горячих газов, выходящих из колонны синтеза
аммиака. Вследствие отдачи теплоты конвертированный газ охлаждается с 330°С
до 210 – 215°С
Аппарат состоит из распределительной камеры 1, корпуса 2 и трубного пучка
3 из труб диаметром 10×2 мм. Устанавливается аппарат на опорах 4. Трубные ре-
шетки жестко связаны с корпусом, а прямые участки теплообменных труб имеют
компенсаторы температурных изменений длины корпуса и труб. В центре, по оси
аппарата устанавливается сердечник из труб, крепящийся к одной из трубных ре-
шеток.
Горячий газ после колонны синтеза входит в аппарат через нижний штуцер и
равномерно распределяется по трубам теплообменника. Противотоком к газу
сверху вниз поступает питательная вода, которая нагревается в межтрубном про-
странстве до 300 ° С. С этой температурой вода выводится через нижний боковой
штуцер.
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
16
Рисунок 2.4 – Конденсационная колонна:
1 – корпус; 2 – теплообменник; 3 – отбойник; 4 – сепарационное устройство
Конденсационная колонна, применяемая в описанной схеме, изображена на
рисунке 2.2.
Аппарат состоит из рулонированной обечайки 1 и двух кованных днищ 2 и 3.
Над сепарационным устройством 9 находится отбойник 4, представляющего со-
бой слой из колец Рашига.
Трубная решетка 5 служит для теплообмена между поступающим на конден-
сацию газом и уже сконденсировашимся. Свежая АВС подается через специаль-
ную трубу 6, погруженную в слой жидкого аммиака 7. Вывод «мокрого» газа из
трубной решетки осуществляется через трубу 8.
Аппарат устанавливается на опоре 10.
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
18
3 Технологический раздел
3.1 Исходные данные
Для расчета аппарат принимаем следующие исходные данные, сведенные в
таблицу 2.1.
Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета реактора синтеза аммиака
Параметр
Обозначение
Величина
Производительность установки по гото-
вому продукту
G
1600 т/сут
Давление в аппарате
P
32 МПа
Объемная скорость газовой смеси на вхо-
де в колонну синтеза
µ
25000 ч
-1
В последующих расчетах объемные количества компонентов отнесены к
Р = 0,1013 МПа и Т = 273 К
Схема к технологическому расчету колонны синтеза аммиака приведена на
рисунке 3.1
3.2 Материальный баланс реактора
Равновесный процент NH
3
для стехиометрической азеотропной смеси мо-
жет быть вычислен из следующего уравнения:
2
3
NH
C
– 200C
NH3
–
208 K
p
P
эф
C
NH3
+ 10
4
= 0,
где C
NH3
–равновесная концентрация NH
3
, об.%;
К
Р
– константа равновесия реакции синтеза NH
3
;
P
эф
– эффективное давление азотоводородной смеси.
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
20
P
эф
= 34,33 × 10
6
(1 – 0,1)
2
= 27,81 × 10
6
МПа.
Процесс синтеза аммиака на катализаторе протекает по реакции:
N
2
+ 3H
2
= 2NH
3
для которой можно записать
lg K
p
=
2074,8
T
+ 2,4943 1gT + βT – 1,8564 × 10
-7
T
2
+ J,
где Т – средняя температура, при которой протекает реакция синтеза аммиа-
ка, принимаем по справочным данным t = 510 °С = 783 К;
β – вспомогательный коэффициент, β = 1,256 × 10
-4
;
J – интегральная константа, J = -2,1986.
lg K
p
=
2074,8
783
+ 2,4943 1g783 + 1,256 × 10
-4
× 783 – 1,8564 × 10
-7
×783
2
– 2,1986
Из этого уравнения
K
p
= 226,0.
Определяем равновесную концентрацию аммиака для стехиометрической
азотоводородной смеси при 27,81 МПа:
2
3
NH
C
– 200C
NH3
–
308 × 226,0
283,5
C
NH3
+ 10
4
= 0,
откуда равновесная концентрация аммиака
C
NH3
= 23,67%
Процентное содержание аммиака в газовой смеси после конденсации опреде-
ляем по формуле Ларсона и Блэка:
lg C
NH3
= 4.1856 +
5.98788
P
–
1099.544
T
где Р – общее давление в аппарате;
Т – температура газовой смеси на выходе из аппарата, К
lg C
NH3
= 4.1856 +
5.98788
332
–
1099.544
303
Из этого уравнения
C
NH3
= 7.681%
Содержание аммиака в газовой смеси на выходе из колонны синтеза опреде-
ляем по формуле:
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
22
V
кат
=
66.7 × 1000
2046,45
= 32.6 м
3
3.3 Материальный баланс колонны синтеза аммиака
Согласно справочным данным, мольные массы компонентов смеси
M
CH4
= 12 + 1 × 4 = 16 кг/кмоль
M
N2
= 14 × 2 = 28 кг/кмоль
M
H2
= 1 × 2 = 2 кг/кмоль
M
Ar
= 40 × 1 = 40 кг/кмоль
M
NH3
= 14 + 1 × 3 = 17 кг/кмоль
Общее количество газовой смеси на входе в колонну синтеза за 1 ч будет:
V = µV
к
= 25000 × 12,2163 = 305407,5 м
3
,
в том числе:
V
NH3
= 305407,5 × 0,0272 = 8305,0 м
3
;
V
H2
= 305407,5 × 0,6546 = 199912,25 м
3
;
V
N2
= 305407,5 × 0,2182 = 66627,25 м
3
;
V
Ar
= 305407,5 × 0,025 = 7640,75 м
3
;
V
CH4
= 305407,5 × 0,075 = 22922,25 м
3
;
Определим объемный состав смеси
y
i
= V
i
/ V
где y
i
– объемная доля компонента
V
i
– объем i-го компонента
y
NH3
= 8305,0 / 305407,5 = 2.72%
y
H2
= 199912,25 / 305407,5 = 65,46%;
y
N2
= 66627,25 / 305407,5 = 21,82%;
y
Ar
= 7640,75 / 305407,5 = 2,5%;
V
CH4
= 22922,25 / 305407,5 = 7,5%.
Содержание инертов в газовой смеси на входе в колонну синтеза принято
равным 10%. Общее количество газовой смеси на выходе из колонны синтеза за 1
ч:
V
1
= Vσ = 305407,5 × 0.8932 = 271957,5 м
3
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
24
Ñ
ì
å
ñ
ü í
à î
õ
ë
.
Î
õ
ë
à
æ
ä
å
í
í
à
ÿ
ñ
ì
å
ñ
ü
À
ì
ì
è
à
ê
í
à è
ñ
ï
à
ð
å
í è å
À ì ì è à ê ã à ç î î á ðà ç í û é
Рисунок 3.2 – Схема к расчету испарителя жидкого аммиака
Теплота испарения аммиака при давлении 32 МПа
r
исп
= 1265 кДж/кг
Тогда расход жидкого аммиака
G
и
= Q
и
/ r
исп
= 26762 × 10
3
/ 1265 = 21.16 × 10
3
кг/ч
Плотность жидкого аммиака при -5°С
ρ
-5
= 0.6453 кг/дм
3
= 645,3 кг/м
3
Соответственно объемный расход аммиака в испаритель
V
и
= G
и
/ p
-5
= 21.16 × 10
3
/ 645,3 = 3.347 м
3
/ч
Выполним расчет емкости для сбора жидкого аммиака. Схема к расчету при-
ведена на рисунке 2.5. Согласно заданию на проектирование, расход газообразно-
го аммиака, выходящего из аппарата, равен
G
жидк
= 48.59 м
3
/ч
Из емкости аммиак направляется на выдачу потребителю и в испаритель жи-
дкого аммиака для охлаждения смеси, подлежащей конденсации.
Принимаем 20-минутный запас в емкости для обеспечения работы установки.
Тогда объем аммиака, подлежащего хранению, составит
V
хр
= 20/60 × (V
ам
– V
и
) = 5/60 × (48.59 – 3.347) = 15.1 м
3
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
26
4 Расчетно-конструкторский раздел
4.1 Конструирование аппарата
Конструируемый аппарат работает под большим давлением – 32 МПа, тем-
пература среды 20 °С.
Принимаем толстостенную рулонированную обечайку с приварным верхним
фланцем и нижним днищем. Сама обечайка состоит из двух сегментов – собст-
венно рулонированной верхней части и кованой нижней, в которой размещены
отверстия для ввода свежей АВС и контрольно-измерительных приборов [5].
Верхнее и нижнее днище кованые, нижнее приваривается к обечайке, а верх-
нее присоединяется через фланцевое соединение. К обоим днищам приваривается
специальная кованная часть для ввода-вывода потоков (см. рисунок 3.1).
Трубная решетка является сменным элементом аппарата и устанавливается
на специальные опоры, приваренные к обечайке.
В нижней части обечайки имеется специальный кольцевой выступ для уста-
новки аппарата на опору. Аппарат фиксируется на опоре сваркой на заводе изго-
товителе.
Заказчику аппарат поставляется полностью в собранном виде. Аппарат рабо-
тает под большим давлением, поэтому в его конструкции отсутствуют люк-лазы.
Обслуживание внутренних устройств выполняется при ремонте аппарата через
съемное верхнее днище, которое крепится к обечайке при помощи шпилек.
Для фланцевых соединений штуцеров ввода-вывода потоков принимаем уп-
лотнение типа XIII с двумя коническими уплотняемыми поверхностями, предна-
значенное для работы при давлении от 10 до 100 МПа [6, табл. 20.1].
4.2 Обоснование выбора материала
Поэтому в соответствии с рекомендациями, приведенными в [6] выбираем
материал 12ХМ. Характеристики выбранного материала при 190 °C определяем
по справочным данным [4, стр. 84]
σ
B
= 570 МПа
σ
T
= 280 МПа
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
28
D
S
P
p
Рисунок 4.1 – Схема к расчету обечайки реактора
Принимаем срок службы аппарата τ = 15 лет, тогда значение c
к
будет
с
к
= Пτ
где П – скорость коррозии, для выбранного материала П = 0,05 мм/год;
c
к
= 15 × 0,05 = 0,75 мм
Коэффициент толстостенности связан с давлением в аппарате p и допускае-
мым напряжением для материала [σ] обечайки соотношением
1
ln β
=
[σ]
p
ϕ
ш
где ϕ
ш
– коэффициент прочности сварного шва, для рулонированной обечай-
ки сварного шва нет, поэтому ϕ
ш
= 1. Тогда
β = exp
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
p
[σ] ϕ
ш
= exp
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
32
170 × 1,0
= 1.207
Соответственно расчетная толщина стенки
s
р
= (0.5 × 2000 + 0,75) (1,207 – 1) = 207 мм
Принимаем исполнительную толщину стенки
s = 230 мм.
Допускаемое давление для аппарата
[p] = [σ] ϕ
ш
ln
D + 2s
D + 2c
к
= 170 × 1,0 × ln
2000 + 2 × 230
2000 + 2 × 0,75
= 41,2 МПа
4.4 Расчет фланцевого соединения
Выполним расчет фланцевого соединения корпуса аппарата и верхнего дни-
ща. Схема к расчету приведена на рисунке 4.2.
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
30
P
с
=
π D
к
2
4
p =
3.14 × 2.02
2
4
× 32.0 = 103 МН
Принимаем изгибающий момент от действия внешних нагрузок
M
и
= 0 МН×м
Константа жесткости соединения при металлической прокладке
α = 1.1
Расчетное растягивающее усилие в шпильках при затяжке соединения
P
б1
α P
с
⋅
P
n
+
4M
и
D
n
+
:=
= 1.1 × 103 + 3.30 +
4 × 0
2.02
= 116 МН
В рабочих условиях
P
б2
P
с
P
n
+
4M
и
D
n
+
:=
= 103 + 1.21 +
4 × 0
2.02
= 106 МН
Расчетный диаметр шпилек
d
б
= 0,25
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
10P
б
[σ]
б
+ D
к
2
– D
к
где [σ]
б
– допускаемое напряжение материала шпилек, принимаем шпильки
из стали марки 40Х, для которой [σ]
б
= σ
т20
/n
т
;
σ
т20
– предел текучести для выбранного материала при 20 °С, σ
т20
= 805 МПа;
n
т
– нормативный коэффициент запаса прочности, n
т
= 1,5.
Соответственно
[σ]
б
= 805 / 1.5 = 537 МПа
d
б1
= 0,25
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
10 × 116
537
+ 2,02
2
– 2,02 = 84 мм
d
б2
= 0,25
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
10 × 106
537
+ 2,02
2
– 2,02 = 82 мм
Принимаем
d
б
= 86 мм
Площадь поперечного сечения шпильки
F
б
=
π d
б
2
4
=
3.14 × 86
2
4
= 5808 мм
2
Расчетное число шпилек при затяжке соединения
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
32
Оба условия прочности выполняются.
Расчетный диаметр фланца
D
ф
= D
б
+ 1,8d
б
= 2530 + 2,5 × 86 = 2745 мм
Принимаем
D
ф
= 2750 мм
Принимаем уклон горловины
i = 1:3
Тогда эквивалентная толщина стенки горловины
s
э
= χs
где χ – коэффициент, зависящий от уклона горловины i и соотношения s/D.
Для проектируемого фланца
i = 1:3
s/D = 230/2000 = 0.115
Соответственно
χ = 2.5
s
э
= 2,5 × 230 = 575 мм
Приведенная нагрузка на фланец при затяжке соединения
P
1
=
K
K – 1
D
у
D
б
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
D
б
D
к
– 1 P
б1
где K = D
ф
/D
в
= 2750 / 2000 = 1.38.
Соответственно
P
1
=
1.38
1.38 – 1
2.00
2.53
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
2.53
2.02
– 1 × 116 = 84 МН
Приведенная нагрузка на фланец в рабочих условиях
P
1
=
K
K – 1
D
у
D
б
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
D
б
D
к
– 1 P
б1
+
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
1 –
D
у
D
к
P
c
=
1.38
1.38 – 1
2.00
2.53
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
2.53
2.02
– 1 × 116 +
⎝
⎜
⎛
⎠
⎟
⎞
1 –
2.00
2.02
× 106 = 107 МН
Вспомогательная величина при затяжке соединения
Ф
1
=
P
1
[σ]
20
ψ
1
где ψ
1
– вспомогательный коэффициент, для D
ф
/D
у
= 2750 / 2000 = 1.38
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
34
5 Специальный раздел
5.1 Определение массы аппарата
Масса толстостенного аппарата складывается в основном из массы обечайки
и днищ и наиболее металлоемких внутренних устройств.
Масса обечайки аппарата с учетом верхнего и нижнего днищ
G
об
=
π ((D + 2s)
2
– D
2
)
4
ρ H
где D – внутренний диаметр аппарата, D = 2000 мм;
s – толщина стенки аппарата, s = 230 мм
H – высота аппарата, Н = 16500 мм
ρ – плотность материала аппарата, r = 7860 кг/м
3
Итого
G
об
=
3,14 × ((2,0 + 2 × 0,23)
2
– 2,0
2
)
4
× 7860 × 16,5 = 108972 кг = 109,0 т
Определим массу трубной решетки. Масса крышки трубной решетки
G
д
=
π D
2
4
s
д
ρ
где s
д
– толщина крышки, s
д
= 80 мм
G
д
=
3.14 × 2.0
2
4
0.08 × 7860 = 1950 кг = 2,0 т
Масса трубок
G
тр
= n
π ((d + 2s)
2
– d
2
)
4
ρ L
тр
где n – число трубок, n = 7808;
d – внутренний диаметр трубок, d = 14 мм;
s – толщина трубок, s = 2 мм;
L
тр
– длина трубок, L
тр
= 7000 мм
G
тр
= 7808 ×
3.14 × ((0.014 + 2 × 0,002)
2
– 0,014
2
)
4
× 7860 × 7,0 = 43187 кг = 43,2 т
Массу внутренних остальных устройств учтем 10% надбавкой к массе обе-
чайки
G
ву
= 0,1G
об
= 0,1 × 109 = 1,9 т
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
36
f
т
= 0,075 – удельное сопротивление движению тягача; [8, Таблица 30]
G
п
= 41 т – масса выбранного для транспортирования оборудования прицепа;
G
0
= 165 т – масса транспортируемого оборудования;
f
п
0,05 – удельное сопротивление движению прицепа; [8, Таблица 32]
f
y
= 0,03 – сопротивление движению от уклона дороги, равное показателю
уклона, соответствующему 0,01 на каждый процент уклона (с плюсом при подъё-
ме дороги, с минусом – при спуске).
(
)
(
)
128
03
,0
5,
165
47
25
10
05
,0
165
41
10
075
,0
47
10
F
=
⋅
+
+
⋅
+
⋅
+
⋅
+
⋅
⋅
=
кН.
Необходимое тяговое усилие для страгивания автопоезда с места с учетом
увеличения тяговой нагрузки примерно на 50 % определяется по формуле:
F
т
= l,5 · F
F
т
= l,5 · 128 = 192 кН.
По F
т
подбираем тягач – трактор марки ДЭТ-250 с тяговым усилием 220
кН. [8, Таблица 29]
5.3 Выбор способа монтажа
Монтаж аппарата выполняется в полностью собранном виде. В практике
монтажа нашли наиболее широкое применение два метода: скольжения и поворо-
та вокруг шарнира. Монтаж такими методами может выполняться как одиночны-
ми, так и спаренными стреловыми и самоходными кранами.
Метод скольжения имеет две разновидности: подъем оборудования с отры-
вом нижней части от земли (опоры) и без ее отрыва. При установке оборудования
методом скольжения с отрывом от земли краны подбирают так, чтобы их грузо-
подъемность была не меньше массы оборудования, а высота подъема крюков не-
зависимо от места строповки обеспечивала подъем основания оборудования выше
фундамента.
Учитывая большую массу оборудования принимаем схему монтажа двумя
кранами СКГ-100 методом скольжения с отрывом от земли.
Схема монтажа изображена на рисунке 4.2.
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
38
5.4.1 Выбор кранов
Требуемая грузоподъёмность монтажного крана определяется по формуле:
G
к.тр
≥
к
n
G
где n
к
= 2 – количество кранов, участвующих в подъёме оборудования.
G
к.тр
≥
5,
82
2
165
=
т.
Необходимая высота подъёма крюка крана для установки аппарата на фун-
дамент вычисляется по формуле:
h
к
= h
ф
+ h
з
+ h
о
+ h
с
где h
ф
= 0,5 м – рекомендуемая высота фундамента;
h
з
= 0,5 м – рекомендуемый запас высоты оборудования над фундаментом;
h
о
= 17 м – высота оборудования от основания до места строповки, назнача-
ется по чертежу аппарата;
h
с
= 3 м – высота стропа, назначается по конструктивным соображениям.
h
к
= 0,5 + 0,5 + 17 + 3 = 21 м.
По графику грузовысотных характеристик выбираем два крана тип СКГ-100
с длиной стрелы 25 м. При вылете крюка l
к
= 7 м, кран имеет грузоподъёмность G
к
= 90 т и высота подъёма крюка более 24 м, что обеспечивает подъём и установку
аппарата на фундамент.
5.4.2 Расчёт подтягивающей системы
В качестве подтягивающей системы выбираем тяговый канат и электроле-
бёдку. Усилие для подтаскивания опорной части аппарата к фундаменту опреде-
ляется по формуле:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
⋅
⋅
⋅
=
с
м.
ц
0
т
l
l
1
f
G
10
F
где f = 0,02 – коэффициент трения между тележкой, на которое опирается ап-
парат, и рельсовыми путями;
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
40
Рисунок 5.2 – Схема к расчёту монтажных штуцеров
Усилие от стропа, действующее на каждый монтажный штуцер определя-
ется по формуле:
2
к
к
к
G
10
N
н
д
п
⋅
⋅
⋅
⋅
=
где к
н
= 1,2 – коэффициент неравномерности нагрузки на такелажные эле-
менты при отсутствии балансирных устройств;
к
п
= к
д
= 1,1 – коэффициент прочности и коэффициент динамичности, учиты-
вающие возможность перегрузки и возможность повышения нагрузки за счёт из-
менения скорости подъёма груза соответственно.
1198
2
2,
1
1,1
1,1
10
165
10
N
3
=
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
кН.
Величина момента от усилия в стропе, действующего на штуцер определяет-
ся по формуле:
l
N
М
⋅
=
где l = 0,12 м – расстояние от линии действия усилия N до стенки аппарата,
принимается по конструктивным соображениям.
7,
143
12
,0
1198
М
=
⋅
=
кН·м.
Минимальный момент сопротивления, удовлетворяющий условиям проч-
ности монтажных штуцеров, определяется по формуле:
R
m
M
W
⋅
=
где m = 0,85 – коэффициент условия работы; [8, Приложение ХIII]
R = 210 МПа – сопротивление материала патрубка. [8, Приложение ХIV]
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
42
Рисунок 5.3 – Расчётная схема витого канатного стропа
Натяжение в одном витке стропа определяется по формуле:
α
cos
n
m
P
S
⋅
⋅
=
где Р = 305 кН – усилие, приложенное к стропу;
m = 2 – количество ветвей витого стропа;
n = 7 – число канатных витков в сечении одной ветви;
α = 15
0
– угол между ветвью стропа и направлением усилия P (рекомендуется
≤ 30
0
).
74
97
,0
7
2
998
S
=
⋅
⋅
=
кН.
Разрывное усилие в одном канатном витке определяется с учётом коэффици-
ента запаса по формуле:
з
н
к
S
R
⋅
=
где к
з
= 5 – коэффициент запаса прочности. [8, Приложение ХI]
370
5
74
R
н
=
⋅
=
кН.
Выбираем для канатного витого стропа стальной канат типа ЛК-РО по ГОСТ
7668-80 конструкции 6 х 36 (1 + 7 +
7
7
+ 14) + 1 о.с. со следующими характери-
стиками: [8, Приложение I]
− временное сопротивление разрыву, МПа…………1960;
− разрывное усилие, кН……………………………. ….383;
− диаметр каната, мм…………………………………. 25,5;
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
44
5.6 Выверка и испытание оборудования
Процесс установки оборудования в положение, предусмотренной проектом, с
помощью специальных выверочных опорных элементов, центровочных приспо-
соблений и грузоподъёмных средств, включая операции измерения и контроля в
плане, по высоте и по горизонтали (вертикали), а также относительно ранее уста-
новленного оборудования с контролем отклонения от соосности, перпендикуляр-
ности и параллельности.
Положение
оборудования
при
выверке
контролируют
оптико-
геодезическими способами, а также с помощью специальных инструментов, при-
боров, шаблонов, центровочных и других приспособлений, обеспечивающих из-
мерение и контроль отклонений от перпендикулярности, перпендикулярности или
соосности базовых поверхностей.
В качестве опорных элементов при выверке оборудования, устанавливаемого
со сплошным опиранием на подливку применяют отжимные регулировочные
винты, инвентарные домкраты, бетонные опоры и др.
Выбираем выверку оборудования с помощью отжимных регулировочных
винтов, схема которой приведена на рисунке 4.6.
Рисунок 5.4 – Схема выверки отжимными регулировочными винтами
1 – опорная пластина; 2 – стопорная гайка; 3 – регулировочный винт; 4 –
опорная часть оборудования; 5 – фундаментный болт
Опорные пластины размещают с расположением отжимных регулировоч-
ных винтов в опорной части оборудования. Места расположения пластин вырав-
нивают с отклонением не более 10 мм на 1 м.
Лист
Изм.
Лист
N докум.
Подп.
Дата
46
Заключение
В курсовом проекте была спроектирована конденсационная колонна, исполь-
зуемая в производства аммиака и предназначенная для конденсации NH
3
из азото-
водородной смеси.
В разделе, посвященном описанию технологической схемы установки, опи-
сан процесс производства аммиака на установке мощностью 1360 т/сут.
Обзор конструкций проектируемого оборудования содержит описание при-
меняемых при производстве аммиака теплообменных аппаратов. Подробно рас-
смотрена конструкция конденсационной колонны.
Технологический раздел содержит расчеты по проектируемому аппарату и
вспомогательному оборудованию. Определены геометрические размеры аппарата
и его составных частей.
Расчетно-конструкторский раздел содержит описание конструкции аппарата
и прочностной расчет его основных элементов: обечайки, фланцевого соединения.
Монтажный раздел описывает выбранный способ монтажа и необходимые
расчеты для безопасной установки оборудования на фундамент.
Спроектированная колонная конденсации аммиака колонна удовлетворяет
техническому заданию и может быть использована в производстве аммиака.
Информация о работе Производство аммиака