Проект установки производства метанола мощностью 622 тыс. т в год

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ И ОПИСАНИЕ ЕЕ РАБОТЫ
2 МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТЫ
2.1 Исходные данные к расчету
2.2 Перечень принятых допущений
2.3 Материальный баланс
2.4 Построение фазовых диаграмм
2.5 Определение рабочего флегмового числа
2.6 Определение действительного числа тарелок
2.7 Определение геометрических размеров колонны
2.7.1 Расчет диаметра ректификационной колонны
2.7.2 Определение высоты колонны
3 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
3.1 Расчет испарителя
3.2 Определение расхода воды в дефлегматоре
3.3 Расчет тепловой изоляции
4 ПОДБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
4.1 Подбор опор для колонных аппаратов
4.2 Расчёт и подбор патрубков для подвода и отвода потоков
4.3 Подбор фланцевых соединений
4.4 Гидравлический расчет
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Температура наружного слоя изоляции задана и не должна превышать 45 оС. Толщина слоя теплоизоляционного материала определяется по уравнению (3.13):(3.13)По уравнению теплоотдачи рассчитаем величину тепловых потерь Qпот: , (3.14)где – суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением, Вт/м2*К, tокр примем равной 20 оС.Тогда получим: Вт/м2*К.(3.15)Дж/с.(3.16)м(3.17)Таким образом для обеспечения теплоизоляции аппарата необходим слой асбеста толщиной 14,3 мм.4 ПОДБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯВ данном разделе курсового проекта расчета произведено определение размеров отдельных частей и элементов колонны, удовлетворяющих условиям технологической целесообразности, устойчивости и механической прочности.4.1 Подбор опор для колонных аппаратовОпоры для ректификационных колонн выбираются исходя из расчета максимальной нагрузки, которую должна выдержать опора. Материал опоры выбирают в зависимости от температуры рабочей среды, емкости аппарата и других параметров. Стандартным материалом обечаек(обечайка –цилиндрический корпус аппарата) является сталь Ст3 сп3 ГОСТ 380-71. Толщину стенки обечайки рассчитаем по уравнению (4.1): – прибавки, причем для данной марки стали в рассматриваемых условиях: – прибавка на коррозию и эрозию, примем 1,0 мм; – прибавка на минусовое отклонение по толщине листа, примем 0,7мм; – технологическая прибавка, примем 0,51 мм.Предельно допустимое напряжение для Ст3равно МПа.Диаметр обечайки равен 2,5 метра (по нижней части колонны) и 2,02 метра в верхней части, а толщина обечайки в верхней (SВ) и нижнейчастях (SН):мм.(4.2)мм.(4.3)По расчётам, максимальная толщина обечайки составляет 2,81 мм, однако, согласно техническим требованиям, толщина стенки должна составлять не менее 10 миллиметров [10].Для подбора опор необходимо определить массу и нагрузку аппарата.Масса корпуса определяется по формуле:кг(4.4)где Н – высота аппарата, равная 23,4 м;π– геометрическая постоянная (π =3,14);D – среднийдиаметр колонны, равный 2,3м ;s – толщина стенки, составляющая 0,01 м;ρ – плотность стали, равная 7850 кг/м3.Масса крышки и днища определяется по формуле:(4.5)кг. кгДнища являются одним из основных элементов химических аппаратов, так как их цилиндрические цельносварные корпуса ограничиваются днищами. Наиболее распространенной формой днищ в сварных химических аппаратах является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр. Подберем днище и крышку для рассчитываемой колонны.Таблица 3. Размеры эллиптических отбортованных стальных днищ с внутренними базовыми диаметрами ГОСТ 6533-78, мм [10, с.447].DвнS,ммh, ммhв, ммFв, м2Vв, м3200010405004,591,171260010406507,652,508Масса тарелок рассчитывается по формуле:(4.6)где N – действительное число тарелок;mm – масса одной тарелки, кг.Так как диаметры низа и верха колонны не совпадают, то половина тарелок типа ТС-Р имеет диаметр 2000 мм и массу 120 кг, а остальные – диаметр 2600 мм и массу 200 кг, тогда:кг.Масса воды при испытании составляет:кг(4.7)ρв – плотность воды, кг/м3.Тогда суммарная массааппарата составит:кгкгкгПереведем полученный результат в МН по формуле(4.8):МН(4.8)где Мап– масса аппарата, кг;g – ускорение свободного падения (g=9,8м/с2).Подберем опору: Таблица 4. Размеры циллиндриеских опор для колонных аппаратов [11, c.12]Q, MHD1, ммD2, ммS1, ммS2, ммS3, ммd2, ммdб, ммЧисло болтов, Zб1,6260050008252542М36164.2Расчёт и подбор патрубков для подвода и отвода потоковВнутренний диаметр штуцеров для подвода и отвода исходной смеси продуктов рассчитывается на основе уравнения массового расхода и округляется до ближайшего стандартного значенияпо уравнению:(4.9)Вход исходной смеси (плотность определяем из [12]):=0,3168кг/кг tf=73,6˚C, w=2м/с, Выход кубового остатка:0,0041кг/кг,tw=78,2˚C, w=0,1м/сВходфлегмы:0,9852кг/кг,tp=64,8˚C, w=20м/с.где P – массовый расход продукта, кг/с;R – рабочеефлегмовое число.Выход пара:tp=64,8˚C, w=30м/с, ρп.ср. определяется по уравнению ().Выход жидкости из куба:tw=109,6˚Cw=1м/с(46)Вход пара:4.3 Подбор фланцевых соединенийПрисоединение к аппарату трубной арматуры, а также технологических трубопроводов для подвода и отвода жидких и газообразных продуктов осуществляется с помощью штуцеров или вводных труб. На практике достаточно часто применяютсяфланцевые штуцера - разъемные соединения, имеющие высокий показатель надежности и работоспособности.Для разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей химических аппаратовиспользуются фланцевые соединения, преимущественно круглой формы. С помощью указанных соединенийк аппаратам присоединяются трубы, арматура и т.д. В соответствии с проведенными в 4.2 расчетами, были подобраны следующие фланцевые штуцера (таблица 5).Таблица 5. Размеры фланцевых штуцеров с внутреннем базовым давлением ОСТ 26-426-79 [10, с.659].НазначениеDy,ммDf,ммDb,ммD,ммdн,ммh,ммdб,ммzs,ммВход исходной смеси401601003545121243Вход флегмы209065502681243Выход кубового остатка150315280174160181685Выход пара (х2)200370355225210201685Выход жидкости из куба802051709785141644Вход пара(х3)150315280174160181685Для манометра2510075603381243Для указателя уровня209065502681243Для установки уровнемера2510075603381243Для термометра ртутного25100756033812434.4 Гидравлический расчетОсновной целью представленного гидравлического расчета является определение гидравлических сопротивлений, возникающих в процессе прохождения пара через ректификационную колонну из куба в дефлегматор через контактные устройства. Потери напора (ΔР) для всех ректификационных колонн позволяют рассчитать необходимое повышение температуры кипения смеси в кубе колонны.(4.10)Для ситчатыхтарелок:Па(4.11)Тогда суммарное сопротивление всех (35) тарелок в колонне составляет:Па.Сопротивление слоя жидкости на ситчатых тарелках составляет:Па (4.12)где Z – высота сливной перегородки, для данного расчета Z = 0,04 м.ΔН – высота слоя жидкости над сливной перегородкой (ΔН = 0,6-0,04=0,56)К – относительная плотность газожидкостной эмульсии на тарелке ≈ 0,5.Тогда Па.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ процессе выполнения курсового проекта был произведенрассчет ректификационной установки для разделения смеси метанол-этанол. В курсовом проекте рассчитаны материальный и тепловой баланс установки, произведен гидравлический расчет, графоаналитически определено оптимальное флегмовое число.рассчитаны следующие параметры ректификационной установки:Диаметр колонны: 2600 мм в нижней части и 2000 мм в верхней.Высота колонны: 23,4 м;В качестве перераспределителя жидкости принята тарелка ТС-Р.Толщина эллиптического днища и крышки ректификационной колонны и цилиндрической обечайки:10 мм. Определены оптимальные стандартные характеристики для фланцевых штуцеров.Таким образом, поставленные в начале работы задачи можно считать выполненными.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫКасаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – 9-е изд. – М.: Химия, 1973. – 750 с.Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Ч.1.Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. Учебник для вузов. Изд. 2-е. М.: Химия,1995. - 400с.Дытнерский Ю.И. (ред.). Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. - М.: Химия, 1983 г. – 272с.Процессы и аппараты химической технологии. Проектирование ректификационных колонн. Часть 1. Основы теории расчета и основные конструкции ректификационных колонн. Методические указания к курсовому проектированию для студентов химико-технологического и заочного энерго-механического факультетов. - Томск: Изд. ТПУ, 1997, - 36 с.Плановский А.Н, Николаев И.П. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. 5-изд. - М.:Химия, 1987 г. -847 с.Процессы и аппараты химической технологии. Проектирование ректификационных колонн. Часть 2. Технологический, конструктивный и гидравлический расчеты. Методические указания к курсовому проектированию для студентов химико-технологического и заочного энерго-механического факультетов. - Томск: Изд. ТПУ, 1997, - 32 с.Павлов К.Ф., Романков П.Г, Малков М.П., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. 9-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1981. - 560с.Динамические коэффициенты вязкости жидких веществ и водных растворов в зависимости от температуры.: Нефть-газ электронная библиотека [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.oglib.ru/tabl/table4.htmlМетиловый спирт [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2582.htmlЛащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. – Л.: Машгиз, 1970. – 753 с.Коптева В.Б. Опоры колонных аппаратов. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. – 24 с.Плотность растворителей при различной температуре. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://fptl.ru/spravo4nik/plotnost-rastvoritelej-ot-temperaturi.html