Опоры ректификационных колонн гост. Как сделать ректификационную колонну – расчет параметров системы

Рассчитаем диаметры основных штуцеров, через которые проходят известные по величине материальные потоки, а именно: штуцер подачи исходной смеси, штуцеры выхода паров из колонны, штуцер выхода кубового остатка.

Независимо от назначения штуцера его диаметр рассчитывают из уравнения расхода:

где V - объёмный расход среды через штуцер, м 3 /с; - скорость движения среды в штуцере, м/с;

Штуцер подачи исходной смеси

Принимая XF =1,5м/с, получим:

Скорость движения питательной смеси в штуцере:

Штуцер подачи флегмы:

Принимаем XR =1,0м/с,

Стандартный размер трубы для изготовления штуцера по ГОСТ 9941-62, 70x3 (внутренний диаметр d вн =70-3·2=64мм).

Скорость движения флегмы в штуцере:

Штуцер выхода кубового остатка:

плотность воды.

Принимаем XW =0,5м/с,

Стандартный размер трубы для изготовления штуцера по ГОСТ 9941-62, 95x4 (внутренний диаметр d вн =95-4·2=87мм=0,087м)

Скорость движения кубового остатка в штуцере:

Штуцер выхода паров из колонны:

Определяем среднюю плотность пара для верхней и нижней части колонны:

Принимаем у =25 м/с.

Выбираем стальную электросварную прямошовную ГОСТ10704-81 630х16, внутренний диаметр которой равен d вн =630-16·2=598 мм. Следовательно, скорость паров в штуцере:

Для всех штуцеров выбираем стандартные фланцы тип 1. Для штуцера подачи исходной смеси и флегмы выбираем фланец (ГОСТ 1235-54) с основными размерами d в =72мм, D 1 =130мм, D=160мм, b=11мм, D 2 =110мм, h=3мм, d=12мм, n=8шт. Фланец штуцера кубового остатка d в =97мм, D 1 =160мм, D=195мм, b=22мм, D 2 =138мм, h=4мм, d=16мм, n=8шт. Фланец штуцера для выхода паров из колонны d в =634мм, D 1 =740мм, D=770мм, b=11мм, d=24мм, n=20шт, (ГОСТ1255-54). Уплотнительный материал принимаем паронит марки ПОН (ГОСТ481-80).

Гидравлический расчёт

Цель гидравлического расчёта - определение величины сопротивлений различных участков трубопроводов и теплообменника и подбор насоса, обеспечивающего заданную подачу и рассчитанный напор при перекачке этанола.

Различают два вида сопротивлений (потерь напора): сопротивления трения (по длине) h 1 и местные сопротивления h мс.

Для расчёта потерь напора по длине пользуются формулой Дарси-Вейсбаха.

где л - гидравлический коэффициент трения;

l - длина трубопровода или тракта по которому протекает теплоноситель, м;

d - диаметр трубопровода, м;

Скоростной коэффициент напора, м.

Для расчёта потерь напора в местных сопротивлениях применяется формула Вейсбаха:

где о - коэффициент местных сопротивлений;

Скоростной напор за местным сопротивлением, м.

ГОСТ 12011-76*

Группа Г47

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

КОЛОННЫ РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ С КОЛПАЧКОВЫМИ ТАРЕЛКАМИ ИЗ МЕДИ

Типы, основные параметры и размеры

Rectifying column with copper cap trays. Types, main characteristics and dimensions

Дата введения 1977-07-01

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 03.06.76* N 1873 дата введения установлена 01.07.77
_______________
* В издании ГОСТ 12011-76 (М.: Издательство стандартов, 1976) приведена следующая информация: "Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 3 августа 1976 г. N 1873 срок действия установлен с 01.07.1977 г. до 01.07.1982 г". - Примечание изготовителя базы данных.

Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта СССР от 27.06.91 N 1125

ВЗАМЕН ГОСТ 12011-66

* ПЕРЕИЗДАНИЕ (декабрь 1998 г.) с Изменением N 1 , утвержденным в апреле 1982 г. (ИУС 7-82)

1. Настоящий стандарт распространяется на ректификационные колонны с колпачковыми тарелками из меди, предназначенные для разделения смесей жидких компонентов в пределах температур от 273 до 523 К (от 0 до 250 °С) и при условном давлении не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см), применяемые в пищевой (спиртовой), лесохимической и других отраслях промышленности.

2. Колонны должны изготовляться следующих типов:

1 - с многоколпачковыми тарелками;

2 - с одноколпачковыми тарелками.

3. Основные параметры и размеры колонн должны соответствовать указанным на черт.1 и 2 и в табл.1 и 2.

Черт.1. Основные параметры и размеры колонн. Тип 1

Тип 1

1 - верхняя царга; 2 - тарелка; 3 - промежуточная царга; 4 - нижняя царга

Таблица 1


		Высота при числе тарелок в промежуточной царге





800; 900; 1000; 1200

1400; 1500; 1600; 1800; 2000

Пример условного обозначения колонны типа 1 диаметром 1000 мм, с 5 тарелками в промежуточной царге и расстоянием между тарелками 170 мм:

Колонна 1-1000-5-170 ТУ ...

Черт.2. Основные параметры и размеры колонн. Тип 2

Тип 2

1 - верхняя царга; 2 - промежуточная царга; 3 - тарелка; 4 - нижняя царга

Черт.2

Таблица 2


		Число тарелок в промежуточной царге

Пример условного обозначения колонны типа 2 диаметром 1000 мм, с 6 тарелками в промежуточной царге и расстоянием между тарелками 240 мм:

Колонна 2-1000-6-240 ТУ ...

(Измененная редакция, Изм. N 1).

Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 1999

Вопрос №1. Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки, работающей под внутренним давлением.

Производить расчет на прочность для условий испытания не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное на 1,35[ 20 ]/[].

Вопрос №2. Расчет толщины крышек и днищ. Их виды.

Днища, как и обечайки, являются одним из основных элементов технологических аппаратов. Цилиндрические цельносварные корпусы как горизонтальных, так и вертикальных аппаратов с обеих сторон ограничиваются днищами. Днище неразъемно соединено с обечайкой.

Форма днищ бывает эллиптическая, полусферическая, в виде сферического сегмента, коническая, плоская и торосферическая. Конические и плоские днища бывают с отбортовкой на цилиндр и без отбортовки, а эллиптические – только с отбортовкой.

Наиболее распространенной формой днищ в сварных технологических аппаратах является эллиптическая с отбортовкой на цилиндр.

Днища с наружными базовыми диаметрами применяются для корпусов из труб, а с внутренними базовыми диаметрами – для корпусов, свальцованных из листов.

Расчет эллиптических днищ, работающих под внутренним давлением, заключается в определении расчетной толщины стенки S.

Расчет выполняется в зависимости от величины отношения определяющих параметров: где допускаемое напряжение на растяжение для материала днища,,внутренне избыточное давление,коэффициент ослабления днища сварочным швом или неукрепленными отверстиями.

Расчет днища возможен как по внутреннему базовому диаметру , так и по наружному. При расчете по диаметруноминальная толщина стенкиопределяется по формуле, мм:

При этом отношение определяющих параметров должно составлять:

Если отношение больше или равно 25, толщину стенки получают по формуле: гдевнутренний радиус кривизны в вершине днища, м.

Здесь глубины выпуклости, м.

При расчете по диаметру , вне зависимости от отношения определяющих параметровгденаружный радиус кривизны в вершине днища, м. Здесьглубины выпуклости, м.

Для стандартных днищ ии поэтомуи.

Толщина стенки определяется по формуле: где суммарная прибавка к расчетной толщине обечайки, мм,

Величина в общем виде определяется по формулегдеприбавка на коррозию или другой вид химического воздействия рабочей среды на материал, мм,прибавка на эрозию или другой вид механического воздействия среды на материал, мм,дополнительная прибавка по технологическим и монтажным соображениям, мм,прибавка на окружение размера до ближайшего по сортаменту размера, мм.

В отличие от днищ, неразъемно соединяемых с обечайкой корпуса, крышки являются отъемными узлами или деталями аппаратов, герметично закрывающими корпус. Крышки в аппарате служат для удобства сборки, осмотра и ремонта узлов аппарата.

Расположение крышек в аппарате может быть сверху, снизу и с боков. По форме крышки бывают круглые, прямоугольные и фасонные. Наибольшее распространение имеют круглые крышки, как более технологичные в изготовлении.

Круглые крышки представляют собой, в основном, полусферическое или эллиптическое днище с приваренным к нему фланцем. Такой же фланец приваривается к корпусу аппарата. Для крепления крышки к корпусу используются болты или шпильки, размеры и количество которых должно быть достаточным, чтобы обеспечить необходимое прижимное усилие и герметичность аппарата при работе и испытаниях.

Толщина стенки крышки рассчитывается аналогично толщине стенки днища.

Вопрос №3. Расчет толщин стенок обечаек, работающих под наружным давлением.

Толщина стенки определяется по формуле:

где с - прибавка состоящая из: с 1 - прибавка на коррозию; с 2 - прибавка на минусовой допуск; с 3 - технологическая прибавка.

Коэффициент K 2 = f (K 1 ;K 3) определяется по расчетной номограмме в зависимости от значений коэффициентов К 1 и К 3:

Допускаемое наружное давление определяется по формуле:

где допускаемое давление из условия прочности определяется по формуле:

Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяются по формуле:

Расчетная длина обечайки выбирается в зависимости от ее конфигурации.

С помощью расчетной номограммы можно определять s R ,[p] и l.

Полученное значение толщины стенки должно быть проверено по формуле [p].

Вопрос №4. Параметры расчета фланцевых соединений.

Фланец – соединительная часть труб, резервуаров, валов и др., выполняемая, как правило, заодно с основной деталью; обычно плоское кольцо или диск с отверстиями под болты или шпильки. Обеспечивает герметичность и (или) прочность соединения.

С помощью фланцев присоединяются к аппаратам всевозможные крышки, трубы, соединяются между собой составные корпуса.

Фланцы бывают цельными и свободными.

Цельные фланцы представляют собой одно целое с соединяемыми частями (приварные, литые), используются при низких и средних давлениях среды в аппарате. Свободные фланцы целесообразно применять при требовании независимой координации (в плоскости фланцев) соединяемых частей по отверстиям для болтов, а также когда необходимо иметь фланцы из более прочного материала, чем соединяемые части.

При конструировании и расчете фланцевого соединения задаются:

1 конструкционный материал фланцев и болтов (шпилек),

2 давление ,

3 внутренний диаметр соединения ,

4 толщина стенки аппарата .

Выбирают конструкцию и материал прокладки, определяют ширину прокладки . Выбирают тип фланцевого соединения в зависимости от давления и температурысреды в аппарате.

Если возможно, то подбирают стандартный фланец, стандартного фланца с необходимыми параметрами нет, то производят расчет фланцевого соединения.

1 Находят расчетные величины:

1.1 меньшая толщина конической втулки фланца ,

1.2 отношения большей толщины втулки фланца к меньшей ,

1.3 большая толщина втулки фланца ,

1.4 длина приварного встык фланца .

2 Выбирают диаметр болтов (шпилек).

3 Находят диаметр болтовой окружности.

4 Находят наружный диаметр фланца.

5 Находят наружный диаметр прокладки.

6 Находят средний диаметр прокладки.

7 Находят эффективную ширину прокладки.

8 Находят ориентировочное число болтов (шпилек).

Вопрос №5. Определение геометрических параметров фланцевых соединений.

В химической промышленности применяют в основном следующие типы фланцев для труб, трубной арматуры и аппаратов: стальные плоские приварные к корпусу и стальные приварные встык (рис. 1.2).

При конструировании аппарата следует применять стандартные и нормализованные фланцы. Такие фланцы выпускают отдельно для арматуры и трубопроводов на D y до 800 мм и для аппаратов на D y от 400 мм и более. Расчет фланцевых соединений проводят в тех случаях, когда не представляется возможным применение нормализованных фланцев ввиду отсутствия фланцев требуемых параметров.

Расчет фланцевого соединения требует вычисления следующих расчетных величин:

Меньшей толщины конической втулки фланца

Отношения большей толщины втулки фланца к меньшей для приварных встык фланцев и болтов выбирают по графику, для плоских приварных фланцев;

Большей толщины втулки фланца ,для плоских приварных фланцев принимают;

Высоты втулки приварного встык фланца .

Кроме того, определяют:

Эквивалентную толщину втулки фланца

для плоского приварного фланца ;

Диаметр болтовой окружности ,м:

а) для приварных встык фланцев

б) для приварных плоских фланцев

Наружный диаметр фланца , гдеа – величина, зависящая от типа и размера гайки, м; - диаметр болта, м; размерпринимают кратным 10 или 5 мм;

Наружный диаметр прокладки , где значениевыбираем в зависимости от диаметра болтов и вида прокладки;

Средний диаметр прокладки , где- ширина прокладки;

Эффективную ширину прокладки ,м:

а) для плоских прокладок:

При ,,при;

б) для прокладок восьмиугольного и овального сечений:

Ориентировочное число болтов (шпилек)

Где - шаг болтов, м. Окончательное число болтов определяется как ближайшее большее кратное четырем;

Ориентировочную толщину фланца

Где определяется по графику.

Вопрос №6. Укрепление отверстий в стенках аппарата. Расчет укрепления отверстий.

Необходимые отверстия для штуцеров и люков в стенках корпуса, крышки, днища сварного аппарата ослабляют стенки, поэтому большинство из них укрепляют. На рис. 1.7 показаны типовые конструкции укреплений отверстий в стенках сварных аппаратов. Наиболее рациональным и поэтому предпочтительным является укрепление патрубком штуцера (рис. 1.7, типы а и б). Изложенная ниже методика укрепления одиночных отверстий в стенках аппаратов из пластичных материалов, работающих при статических нагрузках, применяется при следующих условиях:

1 для круглых отверстий в стенках цилиндрических обечаек и сферических и эллиптических днищ

2 для круглых отверстий в стенках конических обечаек и днищ , где α - половина угла при вершине конуса; остальные параметры на рис. 1.7;

3 для овальных отверстий где- длины меньшей и большей осей овального отверстия. При расчете укрепления овальных отверстий используют параметрd - длину большей оси овального отверстия, т.е. d =

Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие не оказывает на него влияние, что возможно, когда рас стояние между центральными осями соответствующих штуцер удовлетворяет условию где А Д - расстояние между осями штуцеров, м; d 1, d 2 - внутренние диаметры первого и второго штуцеров, м; S ш1 , S ш2 - толщина стенки первого и второго штуцеров, м.

Рис. 1.7. Расчетные схемы для различных конструкций укрепления отверстий в стенках аппаратов, работающих при статических нагрузках: а - укрепление односторонним штуцером; б- двусторонним штуцером; в- односторонним штуцером и накладкой; г- двусторонним штуцером и двумя накладками; д- отбортовкой и штуцером; е - бобышкой

Если расстояние А между двумя смежными отверстиями будет меньше А Д , то расчет укреплений можно производить так же, как для одиночного отверстия с условным диаметром , где С - конструктивная прибавка, м.

Наибольший допустимый диаметр d Д , м, одиночного отверстия в стенке, не требующего дополнительного укрепления, определяется по формуле гдеS " - номинальная расчетная толщина стенки корпуса аппарата без конструктивной прибавки и при ϕ ш = 1, м; ϕ - коэффициент прочности сварного шва.

Если диаметр отверстия , то укрепления отверстия (и соответственно дальнейшего расчета) не требуется. Если , то необходимо выбрать тип укрепления и для него выполнить изложенные ниже условия.

В случае приварки штуцера или трубы к стенке аппарата по схемам а и б на рис. 1.7 (наиболее часто встречающийся случай при конструировании) укрепление отверстия этим штуцером является достаточным, если соблюдаются условия:

при одностороннем штуцере (схема а)

при двустороннем штуцере (схема б)

где- номинальная расчетная толщина стенки штуцера (без прибавок и при ϕ = 1), м.

При несоблюдении условий (1), (2) в соединение необходимо вводить дополнительные укрепления в виде местного утолщения стенки штуцера, местного утолщения укрепляемой стенки или накладки. Толщину стенки штуцера, участвующей в Укреплении, исходя из рациональной сварки, не рекомендуется увеличивать более чем до 2 S .

При укреплении отверстия штуцером и накладкой первона- ча; 1ьная толщина стенки не увеличивается, а толщину укрепляющей накладки S Н принимают равной толщине стенки S .

Укрепление в этом случае обеспечивается при условиях:

Для схемы в (рис. 1.7)

для схемы г (4)

Если условия (3) или (4) не будут выполнены, то необходимо увеличить толщину стенки штуцера S Ш (до S Ш < 2S), либо толщину накладки S H (в тех же пределах), либо то и другое до соблюдения указанных условий.

При приварке штуцера или трубы к отбортованной стенке по схеме д (рис. 1.7) укрепление отверстий отбортовкой и штуцером является достаточным, если соблюдено условие

Следует иметь в виду, что толщина отбортовки S 6 из технологических соображений может быть не более 0,85, чем и ограничивается применение таких укреплений.

Укрепление отверстий бобышкой по схеме е (рис. 1.7) является достаточным, если соблюдено условие

Ширина накладки b H (или бобышки) рассчитывается по формуле

Вопрос №7. Типы опор аппаратов. Особенности расчета опор аппаратов.

Установка аппаратов на фундамент осуществляется преимущественно с помощью опор. Непосредственно на фундаменты устанавливаются лишь аппараты с плоским днищем, предназначенные главным образом для работы под налив.

В зависимости от рабочего положения аппарата различают опоры для вертикальных аппаратов и опоры для горизонтальных аппаратов.

При установке вертикальных аппаратов на открытой площадке, когда отношение высоты опоры к диаметру аппарата , Рекомендуется применять цилиндрические или конические опоры (рис. 1, а, б) высотой Н" не менее 600 мм. Для аппаратов с эллиптическими днищами, устанавливаемых на фундамент внутри помещения, а также при H / D <5 рекомендуется применять опоры, изображенные на рис. 1.11, в. При подвеске аппаратов между перекрытиями или при установке их на специальные опорные конструкции применяют лапы (рис. 1, г). Опоры для горизонтальных цилиндрических аппаратов могут быть съемными (рис. 1, д, слева) или жестко соединенными с аппаратом (рис. 1,5, справа).

Рис. 1 Типы опор аппаратов:

а - цилиндрическая опора; б- коническая опора; в - стойки; г- лапы;

д - седловая опора

Число седловых опор (рис. 1, д) должно быть не менее 2. При этом одна опора должна быть неподвижной, остальные - подвижными. Расстояние между неподвижной опорой и подвижной выбирается так, чтобы температурные удлинения аппарата между смежными опорами не превышали 35 мм.

При расчете лап определяют размеры ребер. Отношение вылета ребра к его высоте l / h (рис. 1, г) рекомендуется принимать равным 0,5. Толщину ребра определяют по формуле ,где G max - максимальный вес аппарата, МН (обычно бывает при гидроиспытаниях); n - число лап; Z - число ребер в одной лапе (одно или два); l - вылет опоры, м; [σ] - допускаемое напряжение на сжатие (можно принимать равным 100 МПа); коэффициент K вначале принимают равным 0,6, а затем его уточняют по графику.

Прочность сварных швов должно отвечать условию , гдеL ш - общая длина сварных швов, м; h щ - катет сварного шва, м (обычно h ш = 0,008 м); [τ] ш - допускаемое напряжение материала шва на срез, МПа ([τ] ш ≈ 80 МПа).

Расчет седловых опор (рис. 1,5) сводится в основном к выбору числа опор и проверке необходимости установки (приварки) накладки к аппарату под опорную поверхность опоры. В химической промышленности обычно устанавливают 2-3 опоры. Рассмотрим расчет аппаратов с двумя седловыми опорами:

Рис. 1.2. Расчетные нагрузки в горизонтальных аппаратах, установленных на двух седловых опорах

изгибающий момент в сечении над приварной седловой опорой в случае ее скольжения по опорной плите , где- наибольшая и наименьшая высоты ребер опоры.

Прочность стенки аппарата от совместного действия внутреннего давления Р и изгиба от реакции опор проверяется в двух сечениях:

посередине пролета

над опорой

где коэффициент для обечаек, не укрепленных кольцами жесткости в опорном сечении, определяемый по графику в зависимости от угла обхвата аппарата седловой опорой б ; при установке в обечайки колец жесткости в опорном сечении аппарата ;S - толщина стенки аппарата, м; С- конструктивная прибавка, м; [б] -допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата, МПа

В случае невыполнения условия прочности посередине пролета и над опорой необходима соответственно установка трех опор или установка (приварка) накладки к аппарату под опорную поверхность опоры. Толщина накладки обычно принимается равной толщине стенки корпуса аппарата.

Расчет цилиндрических и конических опорных обечаек для аппаратов, устанавливаемых вне помещения, ведут с учетом совместного действия осевой нагрузки (силы тяжести аппарата, его среды и опирающихся на него внешних устройств - трубопроводов, площадок, лестниц, изоляции и др.), изгибающих моментов от ветровых и эксцентрических нагрузок, а также с учетом сейсмического воздействия для районов с сейсмичностью более 7 баллов (по 12-балльной шкале). Расчетам на ветровую нагрузку подлежат все колонные аппараты, устанавливаемые на открытой площадке, если их высота Н> 10 м и , а такжеН< 10 м, но Н> D min , где D min - наименьший из наружных диаметров аппарата.

Рис. 1.17. Расчетная схема аппарата

При расчете изгибающих моментов от ветровых нагрузок используют расчетную схему аппарата в виде консольного упругого защемленного стержня (рис. 1.17). Аппарат по высоте разбивают на участков и во всех случаях высота участкаh z < 10 м. Вес каждого участка G, принимают сосредоточенным в середине участка. Ветровую нагрузку заменяют сосредоточенными силами P i действующими в горизонтальном направлении и приложенными в серединах участков. Сейсмические силы прикладываются также горизонтально в серединах участков.

Расчет опор горизонтальных аппаратов колонного типа выполняют в следующей последовательности.

Определение периода собственных колебаний аппарата.

Определение изгибающего момента от ветровой нагрузки.

Расчет на сейсмические воздействия. Расчету подлежат все вертикальные аппараты, устанавливаемые в районах с сейсмичностью не менее 7 баллов (по 12-бальной шкале) независимо от того, где они находятся: в помещении или на открытой площадке.

Расчет цилиндрических и конических опор для колонных аппаратов, подверженных ветровой и сейсмической нагрузке.

Вопрос №8. Определение типов прокладок во фланцевых соединениях

Прокладки для герметизации фланцевых соединений.

Для уплотнения во фланцевых соединениях применяются прокладки:

неметаллические, асбометаллические и комбинированные на соединительном выступе фланцев;

неметаллические и асбометаллические в уплотнении выступ-впадина;

неметаллические и асбометаллические в уплотнении шип-паз для сред с высокой проникающей способностью (водород, гелий, легкие нефтепродукты, сжиженные газы);

металлические плоские в уплотнении шип-паз;

металлические овального и восьмиугольного сечений.

Все прокладки стандартизированы, поэтому их подбор осуществляется методом подбора из перечня прокладок в таблице ГОСТ 15180-70.

Выбор прокладок

Обтюрация (уплотнение неподвижных разъемных соединений) дас-тагается сжатием с определенной силой, обеспечивающей герметичность уплотняемых поверхностей непосредственно друг с другом или посредством расположенных между ними прокладок из более мягкого материала.

Наибольшее распространение имеет прокладочная обтюрация, применяемая в соединениях низкого, среднего н высокого давлений, а также вакууме:

Беспрокладочная обтюрация применяется при малых диаметрах соединяемых элементов и высоких давлениях.

Прокладочная обтюрация при необходимости многократной разборки соединения (без смены прокладок) требует прокладок нз высокоэластичных материалов: резины, кожи.

Несколько разборок допускают прокладки из паронита, фторопласта, комбинированные металлические с мягким наполнителем.

Разового действия являются прокладки из картона, асбестового картона.

Форма уплотнения во всех типах обтюрации кольцевая, но иногда - прямоугольная и фасонная.

Вопрос №9. Последовательность расчета абсорбционной колонны.

Абсорбцией называют процесс поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратный процесс - выделение растворенного газа из раствора - носит название десорбции.

В качестве исходных данных задаются следующие величины:

1. Объемный расход поступающей газовой фазы в колонну: Vг Нм 3 /ч

3. Степень извлечения: α %

4. Начальное содержание поглощаемого компонента в абсорбенте массовая доля: x вн %

5. Конечное содержание поглощаемого компонента в абсорбенте массовая доля x вк %

6. Температура поступающей газовой смеси в колонну t С

7. Давление в колонне Р Па

В результате расчета определяются: La, Dk, Noбщ, ΔРт, Нмт.

Расчет абсорбционных колонн проводят в следующей последовательности:

1. Начальная относительная мольная концентрация поглощаемого компонента газовой фазы при входе в абсорбер

2. Конечная относительная мольная концентрация поглощаемого компонента газовой фазы при выходе из абсорбера

Для расчета материального баланса необходимо перейти от мольных долей к массовым:

где х W , x F , x P – мольные концентрации низкокипящего компонента в кубовом остатке, питании, дистилляте соответственно; М – молекулярные массы.

Материальный баланс колонны.

Расчет материальных потоков в колонне проводится на основании уравнений материального баланса. Уравнения материального баланса колонны:

F – расход исходной смеси 5 кг/c;

W – расход кубового остатка кг/c;

P – расход дистиллята кг/c;

х F – концентрация легколетучего компонента в исходной смеси;

x W – концентрация легколетучего компонента в кубовом остатке;

x P – концентрация легколетучего компонента в дистилляте;

Решая систему этих уравнений, находим расход кубового остатка и дистиллята:

Расчет минимального флегмового числа

Определяем по диаграмме Х–Y состав пара, равновесного к составу жидкости в исходной смеси:

Рассчитываем R min в соответствии с формулой:

Расчет условно–оптимального флегмового числа

Нагрузки ректификационной колонны по пару и жидкости (и основные геометрические размеры) определяются рабочим флегмовым числом, найдем условно–оптимальное флегмовое число исходя из минимального объема ректификационной колонны по минимальному значению произведения N(R+1), путем построения графика N(R+1) от R.

Для этого:

Задаемся ординатой В верх

Строим на диаграмме Х–Y рабочие линии соответствующие выбранным В верх, вырисовываем ступени между рабочей и равновесной линиями. Считаем теоретические ступени и результаты расчетов сводим в таблицу:

Далее строим график зависимости N(R+1) от R из которого определяем условно–оптимальное флегмовое число: R opt = 2,76

Расчет на компьютере дал флегмовое число R opt = 2,742 будем использовать его в дальнейших расчетах, т.к. расчет на компьютере более точный.

Расчет мольной массы жидкости в верхней и нижней частях колонны.

Мольная масса исходной смеси:

Мольная масса дистиллята:

Расчет скорости пара и диаметра колонны

Диаметр колонны находим из уравнения расхода:

G – массовый расход пара в колонне, кг/с;

d – диаметр колонны, м;

 – скорость пара в сечении колонны, м/с;

 y – плотность пара, кг/м 3 .

Свойства пара в верхней и в нижней части колонны будут различны, для учета этого факта расчет свойств жидкости и пара, а также основных геометрических размеров колонны будем проводить отдельно для обеих частей колонны.

Средние массовые расходы жидкости в верхней и нижней частях колонны:

Средний мольный состав пара в верхней и нижней части колонны:

Средние мольные массы пара в верхней и нижней частях колонны:

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны:

Скорость пара в интервале устойчивой работы ситчатых тарелок ректификационной колонны, можно определить из уравнения:

Расчет скорости пара в верхней и нижней частях колонны:

Плотности паров:

Плотности жидкостей:

Скорость пара:

Из уравнения расхода определяем диаметры верхней и нижней частей колонны:

В соответствии с действующими стандартами выбираем стандартный диаметр колонны: d в = 1,8 м.

Пересчитаем скорость в верхней и нижней частях колонны на реальный диаметр:

Техническая характеристика ситчатой тарелки типа ТР (ОСТ 26-666–72)

Скорость пара в рабочем сечении тарелки:

ГОСТ Р 53684-2009

Группа Г47

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АППАРАТЫ КОЛОННЫЕ

Технические требования

Columns. Technical requirements

ОКС 71.120.20

ОКП 36 1100

Дата введения 2011-01-01

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН ЗАО "Петрохим Инжиниринг" (ЗАО "ПХИ"), ОАО "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (ОАО "ВНИИНЕФТЕМАШ")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 023 "Техника и технологии добычи и переработки нефти и газа"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. N 1072-ст

4 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных стандартов:

Директива 97/23/ЕС* Европейского парламента и совета от 29 мая 1997 г. по сближению законодательств государств-членов, касающегося оборудования, работающего под давлением в части выбора материалов, требований к конструкции, изготовлению и испытаниям;

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым здесь и далее по тексту, можно получить, перейдя по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.

Европейский стандарт ЕН 13445-2002 "Сосуды, работающие под давлением без огневого подвода теплоты" (EN 13445-2002 "Unfired Pressure Vessels") в части выбора материалов, требований к конструкции, изготовлению и испытаниям

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомления и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на колонные аппараты, предназначенные для применения в технологических установках нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других смежных отраслей промышленности для проведения тепло- и массообменных процессов при контакте пара (газа) и жидкости (возможно присутствие нескольких жидких фаз), также и в присутствии дисперсной твердой фазы (в промывных аппаратах) и устанавливает основные технические требования к их проектированию, изготовлению, контролю, испытаниям и приемке.

В дополнение к требованиям настоящего стандарта следует руководствоваться нормами и правилами промышленной безопасности .

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 52630-2006 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия

ГОСТ Р 52857.1-2007-ГОСТ Р 52857.12-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность

ГОСТ Р 51273-99 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий

ГОСТ Р 51274-99 Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета на прочность

ГОСТ 9617-76 Сосуды и аппараты. Ряды диаметров

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Классификация и типы колонных аппаратов

Колонные аппараты - цилиндрические вертикальные сосуды постоянного или переменного сечения, оснащенные внутренними тепло- и массообменными устройствами (тарелками или насадкой), а также вспомогательными узлами (ввода жидкости и пара, распределителями жидкости и пара, аккумуляторными устройствами для сбора жидкости, устройствами для размещения насадочных элементов и т.д.), обеспечивающими проведение технологического процесса [ректификации, абсорбции, экстрактивной ректификации, экстракции (при взаимодействии жидкость-жидкость), прямого теплообмена между паром (газом) и жидкостью и др.].

Для возможности доступа и монтажа внутренних устройств колонны диаметром менее 1000 мм выполняются царговыми.

В колоннах может поддерживаться различное давление. В зависимости от применяемого давления колонные аппараты подразделяются на атмосферные, вакуумные и аппараты, работающие под давлением.

Давление определяется технологическим процессом, происходящим в аппарате.

К атмосферным колоннам обычно относят колонны, в верхней части которых давление близко к атмосферному. Давление в нижней части колонн выше верхнего на величину гидравлического сопротивления внутренних устройств.

Пример исполнения атмосферной колонны приведен на рисунке 1. Колонна оснащена тарелками.

Рисунок 1 - Пример исполнения атмосферной тарельчатой колонны

В вакуумных колоннах абсолютное давление в верхней части может достигать от 14 до 18 мм рт.ст. (от 1,87 до 2,4 кПа) и менее. Внутренние устройства вакуумных колонн обеспечивают перепад гидравлического сопротивления по колонне от верха до ввода сырья от 10 до 20 мм рт.ст. (от 1,33 до 2,66 кПа) и ниже.

Пример исполнения вакуумной колонны приведен на рисунке 2. Колонна оснащена насадкой и тарелками.

Рисунок 2 - Пример исполнения вакуумной колонны с насадкой и тарелками

В колоннах, работающих под давлением (рисунок 3), давление вверху может достигать величин от нескольких атмосфер до нескольких десятков атмосфер.

Рисунок 3 - Пример исполнения колонны под давлением

Настоящий стандарт применяют совместно с ГОСТ Р 52630.

4 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

Относительная овальность корпуса аппарата;

Ширина нижнего опорного кольца;

Выступающая ширина нижнего опорного кольца;

Длина верхнего опорного элемента;

Ширина верхнего опорного элемента;

Минимальное расстояние между двумя смежными ребрами;

Максимальное расстояние между двумя смежными ребрами;

Внутренний диаметр аппарата;

Наружный диаметр аппарата;

Внутренний диаметр опорной обечайки;

Диаметр окружности фундаментных болтов;

Расстояние от оси фундаментного болта до наружной поверхности опорной обечайки;

Высота опорного узла;

Толщина стенки обечайки;

Толщина стенки днища;

Исполнительная толщина стенки аппарата;

Исполнительная толщина стенки опорной обечайки;

Исполнительная толщина нижнего опорного кольца;

Исполнительная толщина верхнего опорного кольца;

Исполнительная толщина ребра.

5 Требования к конструкции

5.1 Общие требования

5.1.1 Конструкция аппарата должна обеспечить заданный режим эксплуатации, быть технологичной, надежной в течение срока службы, обеспечивать безопасность при изготовлении, монтаже и эксплуатации, предусматривать возможность контроля технического состояния аппарата.

5.1.2 Срок службы аппарата должен устанавливаться разработчиком аппарата и указываться в технической документации.

5.1.3 Расчет на прочность аппаратов и их элементов следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 52857.1-ГОСТ Р 52857.12, ГОСТ Р 51274, ГОСТ Р 51273.

При расчете колонных аппаратов снеговые нагрузки не учитываются.

5.1.4 Аппараты, которые не могут транспортироваться в собранном виде, должны проектироваться из частей, соответствующих по габариту требованиям к перевозке транспортными средствами. Деление аппарата на транспортируемые части следует указывать в технической документации.

5.1.5 Аппараты, транспортируемые в собранном виде, а также отдельные транспортируемые части аппарата должны иметь строповые устройства (захватные приспособления) для проведения погрузочно-разгрузочных работ, подъема и установки аппаратов в проектное положение. Допускается использовать для этих целей технологические штуцера, горловины, уступы, бурты и другие конструктивные элементы аппаратов при подтверждении расчетом на прочность.

Конструкция, места расположения строповых устройств и конструктивных элементов для строповки, их количество, схема строповки аппаратов и их транспортируемых частей должны быть указаны в технической документации.

5.1.6 Базовые диаметры аппаратов рекомендуется принимать по ГОСТ 9617.

5.2 Требования к элементам корпусов аппаратов

5.2.1 Днища, крышки и переходы аппаратов принимаются по ГОСТ Р 52630 (подраздел 4.2).

5.2.2 Люки, лючки и штуцера принимаются по ГОСТ 52630* (подраздел 4.3).

______________

* Вероятно ошибка оригинала. Следует читать: ГОСТ Р 52630, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

5.2.3 Расположение отверстий - в соответствии с ГОСТ 52630 (подраздел 4.4).

5.3 Требования к опорам колонных аппаратов

5.3.1 Опорные обечайки колонных аппаратов представлены на рисунке 4.

а) цилиндрическая б) коническая

Рисунок 4 - Основные конструкции вертикальных опор аппаратов

5.3.2 Цилиндрическую опору следует присоединять к днищу аппарата таким образом, чтобы средние диаметры цилиндрических обечаек корпуса и опоры совпадали или расстояния между этими осями были минимальными (рисунок 5).

Рисунок 5 - Узел стыковки опорной обечайки и днища аппарата

В случае смещения осей обечайки корпуса и опоры необходимо проверить прочность опорной обечайки с учетом дополнительных напряжений из-за смещения этих осей.

5.3.3 Основные конструкции опорных узлов приведены на рисунке 6.

Рисунок 6 - Конструкции опорных узлов

5.4 Допускается установка колонных аппаратов на иные типы опор (стойки, лапы и др.) по указанию проектной организации.

6 Требования к материалам

6.1 При выборе материалов для изготовления колонных аппаратов следует учитывать расчетное давление, температуру стенки, химический состав и характер среды, технологические свойства и коррозионную стойкость материалов.

Колонные аппараты, как правило, устанавливаются на открытой площадке, поэтому при выборе материалов также необходимо учитывать среднюю температуру наиболее холодной пятидневки данного района с обеспеченностью 0,92 (СНиП 23-01) . При этом пуск, остановка и испытания на герметичность выполняются в соответствии с "Регламентом проведения в зимнее время пуска (остановки) или испытания на герметичность сосудов" по ГОСТ Р 52630 (приложение М).

6.2 Требования к основным материалам, пределы их применения, назначение, условия применения, виды испытаний должны удовлетворять ГОСТ Р 52630.

6.3 Элементы, привариваемые непосредственно к корпусу колонного аппарата изнутри или снаружи (цилиндрические и конические опоры, подкладки под элементы металлоконструкций, опорные кольца под тарелки и др.), следует изготавливать из материалов того же структурного класса, что и корпус.

6.4 В колонных аппаратах, изготовленных из коррозионно-стойких сталей, допускается использовать цилиндрические или конические опоры из углеродистых сталей при условии, что к корпусу колонны приваривается переходная обечайка из коррозионно-стойкой стали высотой, определяемой расчетом.

6.5 В аппаратах из углеродистой стали полотна тарелок, клапаны, другие внутренние съемные детали и внутренний крепеж должны быть изготовлены из коррозионно-стойкой стали.

7 Требования к изготовлению

7.1 Общие требования

7.1.1 Перед изготовлением, монтажом следует проводить входной контроль основных и сварочных материалов и полуфабрикатов.

7.1.2 Требования к маркировке материалов, принятых к изготовлению аппаратов, а также к качеству поверхности элементов корпуса принимаются по ГОСТ Р 52630.

7.1.3 Предельные отклонения размеров принимаются в соответствии с ГОСТ 52630 (пункт 6.1.7).

7.2 Корпуса

7.2.1 После сборки и сварки обечаек корпус (без днищ) должен удовлетворять следующим требованиям:

а) отклонение по длине - не более ±0,3% номинальной длины, но не более ±50 мм;

б) отклонение от прямолинейности - не более 2 мм на длине 1 м, но не более 30 мм при длине корпуса свыше 15 м.

При этом местная непрямолинейность не учитывается:

В местах сварных швов;

В зоне вварки штуцеров и люков в корпус;

В зоне сопряжения разнотолщинных обечаек корпуса, выполненного с учетом допустимых смещений кромок в кольцевых швах аппарата.

7.2.2 Отклонение внутреннего (наружного) диаметра корпуса аппарата в местах установки тарелок или других внутренних устройств допускается не более ±0,5% номинального диаметра, если в технической документации не оговорены более жесткие требования.

7.2.3 Относительная овальность корпуса аппарата измеренная в соответствии с ГОСТ Р 52630, (пункт 6.2.4) в местах установки тарелок или других внутренних устройств не должна превышать ±0,5%, если в технической документации не оговорены более жесткие требования.

7.2.4 Отклонения остальных размеров корпусов, кроме указанных выше, определяются по ГОСТ Р 52630.

7.3 Днища, фланцы, штуцера, люки, укрепляющие кольца

7.3.1 Указанные элементы корпусов аппаратов изготавливаются в полном соответствии с ГОСТ Р 52630 (подразделы 6.3-6.5).

7.4 Предельные отклонения размеров аппаратов, их сборочных единиц и деталей от номинальных должны соответствовать приведенным на рисунке 7.

Размеры без обозначений в миллиметрах

Рисунок 7 - Предельные отклонения размеров аппаратов, их сборочных единиц и деталей

7.5 Внутренние тепло- и массообменные контактные устройства тарельчатого типа (тарелки)

7.5.1 Тарелки должны изготавливаться в соответствии с требованиями настоящего стандарта и проекта.

7.5.2 Опорные детали тарелок должны быть приварены к корпусу аппарата сплошным односторонним верхним швом, если иное не указано в проектной документации.

7.5.3 Отклонение от перпендикулярности опорных деталей тарелок, привариваемых к корпусу аппарата, к оси корпуса, относительно которой установлены устройства (риски) для выверки вертикальности его на монтажной площадке, не должно превышать значений, указанных в таблице 1.

Таблица 1 - Отклонения от перпендикулярности опорных деталей тарелок

В миллиметрах


Тип тарелок	Внутренний диаметр колонного аппарата	Отклонение перпендикулярности
Тарелки провальные: решетчатые и другие	До 2000	±2
	От 2000 до 3000	±3
Тарелки с переливами: клапанные, ситчатые, ситчатые с отбойными элементами, центробежные и другие	До 3000	±3
	От 3000 до 6000	±4
	От 6000 и более	±5

7.5.4 Результаты замеров фактических отклонений от перпендикулярности опорных деталей тарелок заносятся в формуляр, заверенный отделом технического контроля завода-изготовителя. Формуляр прилагается к паспорту аппарата.

7.5.5 Отклонение по шагу между соседними тарелками не должно превышать ±3 мм. Отклонение по высоте нижней тарелки не должно превышать ±5 мм от нижней кромки обечайки корпуса и ±15 мм до верхней тарелки, при этом для промежуточных тарелок оно пропорционально изменяется (рисунок 7).

7.5.6 Допуск на минимальное расстояние от сливной перегородки до вертикальной поверхности уголка приемного кармана (успокаивающей планки) - (+10 мм и минус 5 мм).

Допуск на расстояние от нижней кромки сливной перегородки до поверхности нижележащей тарелки при заглубленном приемном кармане - ±5 мм на 1 м длины перегородки, но не более ±15 мм на всю длину, а при отсутствии заглубленного кармана и наличии успокаивающей планки - ±5 мм.

7.5.7 Штампованные детали тарелок должны быть чистыми, без трещин, надрывов, заусенцев.

7.5.8 Сварные швы опорных деталей тарелки, перекрываемые съемными деталями (полотнами и другими элементами), должны быть зачищены заподлицо с основным металлом.

7.5.9 Секции (полотна) тарелок могут изготавливаться сварными, при этом швы должны быть зачищены с двух сторон заподлицо с основным металлом.

7.5.10 Общий прогиб установленной тарелки не должен превышать значений, указанных в таблице 2.

Таблица 2 - Прогиб установленной тарелки

В миллиметрах

7.6 Царговые колонны

7.6.1 Отклонение от параллельности уплотнительных поверхностей фланцев царг после механической обработки не должно превышать 0,4 мм на 1 м диаметра (рисунок 8), но не более 1 мм на диаметр царги.

Рисунок 8 - Царга с фланцами

Отклонение от перпендикулярности уплотнительных поверхностей фланцев царг к образующей обечайки не должно превышать 0,6 мм на 1 м высоты царги (рисунок 8), но не более 2 мм на всю высоту царги.

7.6.2 Отклонение от высоты царги с фланцами не должно превышать ±2 мм на 1 м номинального размера, но не более ±5 мм на всю высоту царги.

7.6.3 Царги колонн с фланцами, имеющими уплотнительные поверхности "шип-паз" или "выступ-впадина", для удобства установки прокладки следует выполнять так, чтобы фланцы с пазом или впадиной были нижними.

8 Сварка и сварные соединения

8.1 Аппараты могут быть изготовлены с применением всех видов промышленной сварки за исключением газовой.

8.2 Требования к сварке и сварным соединениям должны соответствовать ГОСТ Р 52630 (подраздел 6.8).

8.3 Сварные соединения

8.3.1 Продольные и кольцевые стыковые сварные швы корпуса должны выполняться с полным проваром, включая швы приварки днищ.

8.3.2 Условия применения угловых и тавровых соединений штуцеров, люков, фланцев регламентируются ГОСТ Р 52630 (пункт 6.9.1).

8.3.3 Нахлесточные сварные швы допускаются только для приварки укрепляющих колец и опорных элементов.

8.3.4 Допускается пересечение стыковых швов корпуса угловыми швами приварки внутренних и внешних устройств (опорных элементов, тарелок, рубашек, перегородок и т.п.) при условии контроля перекрываемого шва корпуса радиографическим или ультразвуковым методом.

8.4 Требования к сварным соединениям и к качеству сварных соединений по ГОСТ Р 52630 (подразделы 6.9 и 6.10).

8.5 Методы контроля сварных соединений по ГОСТ Р 52630.

8.5.1 Объем контроля сварных швов вакуумных колонн неразрушающими методами составляет 25%.

9 Гидравлическое испытание

Гидравлическое испытание колонных аппаратов на заводе-изготовителе, как правило, производится в горизонтальном положении.

Величина пробного давления аппарата при его испытании в вертикальном и горизонтальном положении одинаковая, если в процессе эксплуатации аппарата гидростатическое давление столба жидкости отсутствует (аппарат полностью не заполняется жидкостью).

При испытании аппарата в горизонтальном положении на заводе-изготовителе последний должен проверить прочность корпуса колонны с учетом принятого способа опирания аппарата.

10 Термическая обработка

Термическая обработка колонного аппарата (или его частей) при необходимости осуществляется в соответствии с ГОСТ Р 52630 (подраздел 6.11).

Библиография

Электронный текст документа

подготовлен ЗАО "Кодекс" и сверен по:

официальное издание

М.: Стандартинформ, 2011