Курсовая работа: Розрахунок колони синтезу аміаку продуктивністю 1360 т/добу

3.3 Розрахунок теплообмінника

Ціллю розрахунку теплообмінника являється визначення поверхні теплообміну:

,

Де F-поверхня теплообміну ,м2 , K-коефіцієнт теплопередачі , Вт/(м2 оС)

∆t -середня різниця температур оС.

Температури потоків в теплообміннику згідно теплового розрахунку, оС:

530 → 490

470 ← 200

Різниця температур:

∆tм=60оС ∆tб=290 оС

Визначаємо середню різницю температур за формулою:

∆tсер=(∆tб-∆tм)/                 (3.5)

∆tсер=(290-60)/ln(290/60)=146 оС

Коефіцієнт теплопередачі К визначається по формулі:

,                      (3.6)

4. Конструктивний розрахунок

4.1 Обечайки верхня та основна

Конструктивний розрахунок обечайки основної (колони синтезу аміаку)

Розрахунковий тиск 30 МПа. Температура стінки 200оС , на поверхні ззовні припустимо 150оС. В якості конструктивного матеріалу застосуємо кислотостійку теплостіку сталь (леговану) 12Х18Н10Т , для якої нормативно допускаємі напруження рівні:

20 оС---=160 МПа

150 оС---=146 МПа

200 оС----=140МПа

300 оС-----=130МПа

400 оС------=120МПа

Коефіцієнт міцності зварних швів . Швидкість корозії з внутрішньої сторони Пн=0.002мм/рік , з внутрішньої Пв=0.005 мм/рік . Строк служби апарату -20 років:

Напруження , що діють на обичайку:

 (4.4)

 (4.5)

Для сталей  ,  для 12Х18Н10Т становить 17*10-6 1/оС, Е=1.97*105 МПа при 200оС . Перепад температур між внутрішньою та зовнішньою стінками становить 50 оС. Проводимо розрахунок:

Максимально допустимий тиск визначаємо за формулою:

рдоп=140*1*0.25=35МПа>рр= 30МПа.

Розрахунок верхньої обечайки (теплообмінника)

Розрахунковий коефіцієнт товстостінності знайдемо з формули 4.1:

   (4.1)

Приймемо D=1м:

Приймемо s=0.16м .Розраховуємо новий коефіцієнт товстостінності:

Напруження , що діють на обичайку:

Для сталей  ,  для 12Х18Н10Т становить 17*10-6 1/оС, Е=1.97*105 МПа при 200оС . Перепад температур між внутрішньою та зовнішньою стінками становить 50 оС.

Максимально допустимий тиск :

 (4.6) рдоп=140*1*0.2422=33.9МПа>рр= 30МПа.

4.2 Конструктивний розрахунок днища

Днище нашої колони синтезу приймемо слабо випуклим , тобто . Товщина днища розраховується по формулі:

 (4.7)

Діаметр фланця в днищі – 120 мм . Коефіціент ослаблення днища у в ипадку одиночного отвору діаметром d :

 (4.8)

м

Згідно ГОСТ 19903-74

Допускаємий робочий тиск розраховується за формулою:  (4.9) МПа

4.3 Конструктивний розрахунок кришки проміжної (між обичайкою та теплообмінником)

Для даного апарату доцільно використати конічну кришку .У випадку відсутності даних для розрахунку конічних кришок, конічну кришку замінимо сферичною , і оскільки тангенціальні сили ,викликані великим тиском, дуже серйозні , то на металоємності це позначиться малопомітно. Формула для розрахунку товщини стінки сферичної кришки:

 (4.10) S=2.5*30*0.8/(4*140*1-30)=0.113м

Розрахунковий коефіцієнт товстостінності для сферичних кришок:

 (4.11)

Згідно методики  обираємо ближній більший -1.15.

 (4.12) S=(1.15-1)/0.8=0.12м

Мінімальна товщина кришки в місці розташування пазу під ущільнення у випадку застосування двухконусного обтюратора:

 (4.13)

Da >Db+2dp

Db=1600+250+250=2100

Da=2220

З таблиці 2.4(стор 146) Dcp=1613

hcp=58

α=30o

Осьова сила на обтюраторне кільце:

Fо=0.5πppDcp hcptgα (4.14) Fо=0.78МН

Рівнодіюча внутрішнього тиску на кришку: Fp =πDcp2p/4 (4.15)

Fp=58.9МН

F= Fо + Fp =60MH

Приймаємо dow=60мм

приймаємо 160мм.Для верхнього зрізу кришки:

Db=1000+160+160=1320 мм

Da=1440

З таблиці 2.4(стор 146) Dcp=1009 hcp=35 α=30o

Приймаємо 140 мм.

4.4 Конструктивний розрахунок верхньої кришки

Верхню кришка буде плоскою. Її товщину розрахуємо за формулою:

 (4.16)

Db=1000+160+160=1320

Da=1440

З таблиці 2.4(стор 146) Dcp=1009

hcp=35

α=30o

F=25 MH м

Приймаємо s=0.280м. Мінімальна товщина кришки в місці розташування паза під ущільнення у випадку застосування двоконусного обтюратора:

 (4.17)

Приймаємо 140 мм.

4.5 Конструктивний розрахунок каталізаторної коробки

Каталізатор типу СА-1 має густину 4.8 г/см3 . Вільний об’єм при завантаженні насипом складає 10-30%. Приймемо 20%. При необхідних нам 23.8 м3 каталізатора загальна вага каталізатора в каталізаторній коробці складе :

23.8*4.8*(1-0.2)=82 тони.

При 4 шарах каталізатору на один шар припадатиме 21 тона ваги. Загальна осьова сила на корпус каталізаторної коробки складе :

82*103 *9.81=0.8 МН

Коробка буде працювати під зовнішнім надлишковим тиском до 3МПа та при температурі корпусу 400 оС.

Параметри каталізаторної коробки:

Dвн =1.4 м dтр=120 мм

Vкат=24 м3

Нкат=23.8/(π*0.72)=13.6 м

Приймемо , що висота насипу 15 м.

Для розрахунку товщини корпусу необхідно визначити коефіцієнт К2 з номограми :

 (4.18)  (4.19)

 (4.20)

 (4.21)

З номограми К2=2.5. Розрахунок товщини стінки ведемо за формулою:

sp=max (4.22)

sp=max=35.2 мм

приймаємо 36мм. Допустимий зовнішній тиск визначаємо за формулою: pH=2σ(s-c)/(D+s-c) (4.23) pH=2*130*(0.036-0.008)/(1.4+0.036-0.008)=6.4 МПа

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6