Разработка конструкций колонны для разделения смеси уксусная кислота-вода

     Коэффициент m, учитывающий влияние на унос физических свойств жидкости и пара, определяют по уравнению:

                                         (53)

     Откуда

                       

     Высота  сепарационного пространства Н_С равна расстоянию между верхним уровнем барботажного слоя и плоскостью расположенной выше тарелки

                       

     Где Н – межтарельчатое расстояние, м.

            h_п - высота барботажного слоя.

                       

     В соответствии с каталогом [4] для колонны диаметром 1200 мм расстояние Н=400 мм. Высота сепарационного пространства в нижней части колонны меньше, чем в верхней, поэтому определим h_п для низа колонны:

                       

     Тогда

                       

     и

                       

     При таком значении комплекса  унос [1,стр.134]. Таким образом, действительная концентрация пара У_К равна по уравнению [51]:

                         

     Аналогичным образом подсчитываем У_к для других составов жидкости и результаты представляем в виде таблицы.

     Результаты  расчета величин, необходимых для  построения кинетической линии.

     Таблица 3.

 

           По значениям x и Y_к из таблицы на диаграмму x-y наносят точки, по которым проводят кинетическую линию (см. приложение). Построением ступеней между рабочей и кинетической линиями в интервалах концентраций от до определяют число действительных тарелок N_B для верхней (укрепляющей) части и в интервалах от до - число действительных тарелок N_Н для нижней (исчерпывающей) части колонны. Общее число действительных тарелок N равно:

                 

     Высоту  тарельчатой ректификационной колонны  определяют по формуле:

                                       (54)

     где Н – расстояние между тарелками, м;

              z_B z_H – расстояние соответственно между верхней тарелкой и крышкой колонны и между днищем колонны и нижней тарелкой, м [1, стр.107]

         

            

                   

 

      3.1.4 Расчёт гидравлического сопротивления тарелок колонны.

     Гидравлическое сопротивление тарелок колонны ∆Р_к определяют по формуле:

                                            (56)

     где ΔP_в и ΔP_н – гидравлическое сопротивление одной тарелки соответственно верхней и нижней частей колонны, Па.

     Полное  гидравлическое сопротивление одной тарелки складывается из трех слагаемых:

                                        (57)

     где ΔP_с – гидравлическое сопротивление сухой ситчатой тарелки, Па;

               ΔP_п – гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя, Па;

             ΔP_σ – гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения.

     Гидравлическое  сопротивление сухой ситчатой тарелки:

                  ,                       (58)

     где ρ_у – средняя плотность пара;

               ξ = 1,45 – коэффициент сопротивления сухой тарелки (для ситчатой)

                  .

     Гидравлическое  сопротивление газо-жидкостного слоя на тарелках будет различным в верхней и нижней частях колонны:

                                          (59)

                                         (60)

                                   

     Гидравлическое  сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

                                          (61)

                 

                 

     Тогда полное гидравлическое сопротивление  одной тарелки верхней и нижней части колонны равно:

                 

                 

     Полное гидравлическое сопротивление ректификационной колонны:

                   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3.2 ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АППАРАТА

     3.2.1 Расчет обечайки корпуса аппарата. Расчет ведем согласно [7].

     Конструкция представлена на рисунке 1.

     Расчетная толщина стенки обечайки, работающей под действием внутреннего избыточного давления, согласно [7] определяется по формуле:

                          (62)

     где - расчетное (рабочее) давление в аппарате;

      - внутренний диаметр обечайки:

      = 152 МПа - допускаемое напряжение для стали 10Х17Н13М2Т при 117,5°С

      = 1 - коэффициент прочности продольного сварного шва, [7].

  

     Исполнительная  толщина стенки определяется с учетом прибавки С к расчетной толщине:

                           (63)

     Где  - прибавка для компенсации коррозии и эрозии, м;

      - прибавка для компенсации  минусового допуска и технологическая  прибавка соответственно, м.

     Так как сумма прибавок и меньше 5% от расчетной толщины стенки корпуса, то они согласно [7] не учитываются.

     Тогда

     Подставив в формулу, получим:

  

     Принимаем исполнительную толщину стенки обечайки 10 мм.

     В случае нагружения обечайки наружным давлением, т.е. когда давление достигает минимального значения толщина стенки определяется по формуле:

                    (64)

       – коэффициент, определяется  графически в зависимости от значений коэффициентов К₁,К₃:

                             (65) 

     

     Рисунок. 1. Обечайка

     где  - коэффициент запаса устойчивости для рабочих условий

       МПа - модуль продольной упругости материала

 

                              (66)

     где - расчетная длина обечайки

   

   

     Коэффициент К₂ = 0,76

   

   

     Принимаем исполнительную толщину стенки обечайки равную 10 мм согласно [7. с. 212] В дальнейших расчетах величина (S - с) = 0,009 м 

 

      Расчет обечайки, работающей под  совместным действием наружного  давления, внешней сжимающей силы, действующей в осевом направлении.

     Допускаемое наружное давление

                           (67)

     Допускаемое давление из условия прочности определяем по формуле 

                 (68)

       допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости

                (69)

     где                   (70)

   

   

   

     Допускаемый изгибающий момент определяем по формуле:

                          (71)

     Допускаемый изгибающий момент из условия прочности:

       (72)

     Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости

       (73) 

  

 

      Допускаемую сжимающую силу, действующую в осевом направлении определяем по формуле 

                           (74)

          (75)

                         (76)

                (77)

   

                     (78)

                    (79)

   

     

   

     Определим осевое сжимающее усилие, под которым  понимается собственный вес аппарата, вес подвешенных частей, давление вакуума.

     Оценим  вес аппарата.

     Объем обечайки (металла)

                  (80)

     объем днища, равный объему крышки:

                   (81)

     Вес корпуса:

           (82) 
 

     Вес тарелок:

                     (83)

     Давление  вакуума:

             (84)

              (85)