Курсовая работа: Производство карбамида
9. Выделившаяся в колонне
вода взаимодействует с избыточным аммиаком с образованием гидрата аммония в
количестве:
m(NH4OH) = m(H2О) ·MNH4OH/ МH2О [1 c.245]
m(NH4OH) =
338,09 ·35/18 = 657,4 кг
10. На образование
гидрата аммония затрачивается аммиака:
m4(NH3)
= m(NH4OH) ·МNH3/ MNH4OH [1 c.245]
m4(NH3) =
657,4 ·17/35 = 319,31 кг
Остается избыточного
аммиака:
mизб(NH3) = m3(NH3)
- m4(NH3) [1 c.245]
mизб(NH3)
= 1064,4 – 319,31 = 745,09 кг
6.2 Тепловой баланс
1.Приход тепла
1.1 Тепло, поступающее с
СО2:
Q1 = m2(CO2)·C(CO2)·T
[1 c.249]
где C(CO2) – теплоемкость
СО2 при Т
C(CO2) = 0,208
ккал/кг ·град; Т = 35°С
Q1 = 1377,4
·0,208 ·35 = 10080 ккал
1.2 Тепло, поступающее с
жидким аммиаком:
Q2 = m2(NH3)
·С(NH3) ·Т [1 c.249]
где С(NH3) – теплоемкость
NH3 при Т
С(NH3) = 1,054
ккал/кг ·град; Т = 25 °С
Q2 = 2128,8
·1,054 ·25 = 56093,9 ккал
1.3 Тепло образования
карбамата аммония:
Q3
= m1(NH2COOONH4)/ MNH2COOONH4 ·(q1
– q2) [1 c.249]
где q1 –
теплота образования твердого карбамата аммония из газообразных NH3 и
CO2
q1 = 38000
ккал/кг ·моль
q2 – теплота
плавления карбамата
q2 =
18 500 ккал/кг ·моль
Q3 = 2441,8/78
·(38000 – 18500) = 610450 ккал
1.4 Тепло образования
гидрата аммония
Q4 = m(NH4OH)/MNH4OH ·q3 [1 c.249]
где q3 –
теплота образования гидрата аммония
q3 = 2538
ккал/кг ·моль
Q4 = 657,4/35
·2538 = 47671 ккал
1.5Суммарный приход тепла
Qпр = Q1+
Q2+ Q3+ Q4 [1 c.249]
Qпр = 108 00+56093,9+610450+47671
= 754295 ккал
2. Расход тепла
2.1 На образование
мочевины:
Q1
= m(CONH2)2/ MCO(NH2)2 · q4
[1 c.250]
где q4 –
теплота образования мочевины
q4 = 4400
ккал/кг ·моль
Q1 = 1127/60
·4400 = 74300 ккал
2.2 На подогрев образующегося
карбамата аммония:
Q2 = m1(NH2COOONH4)
· С(NH2COOONH4) ·(Тк - Тсм) [1 c.250]
где С(NH2COOONH4)
– теплоемкость карбамата аммония
С(NH2COOONH4)
= 0,466 ккал/кг ·град
Тк = 200 °С;
Тсм = 170 °С
Q2 = 2441,8
·0,466 ·(200-170) = 34136,4 ккал
2.3 На подогрев
избыточного аммиака:
Q3 = mизб(NH3)
· C(NH3) ·(Тк - Тсм) [1 c.250]
где mизб(NH3)
– избыточная масса аммиака
mизб(NH3)
= 745,09 кг
C(NH3) –
теплоемкость аммиака
C(NH3) = 0,54
ккал/кг ·град
Q3 = 745,09
·0,54 ·(200 - 170) = 12070,1 ккал
2.4 На подогрев гидрата
аммония
Q4 = m(NH4OH)
·(Тк - Тсм) [1 c.250]
Q4 = 657,4
·(200-170) = 19722 ккал
2.5 На подогрев аммиака
от 25 °С до 132,9 °С
Q5 = m2(NH3)
· С(NH3) ·(Т* - Т) [1 c.250]
где Т* - температура
образования карбамата аммония
Т* = 132,9 °С
Т = 25 °С
Q5 = 2128,8
·1,054 ·(132,9 - 25) = 242101,18 ккал
2.6 На подогрев двуокиси
углерода от 35 °С до 132,9 °С
Q6
= m2(CO2) · C(CO2) ·(Т* - Т) [1 c.250]
где Т = 35°С
Q6 =
1377,43·0,208·(132,9 - 35) = 28700 ккал
2.7 Тепло, уходящее с
плавом при температуре tx
Q7 = mпр·Ср·
tx [1 c.251]
Ср = 0,322
·0,321+0,2785 ·0,466+0,0965 ·1+0,303 ·0,54 = 0,493 ккал/кг·град
Q7 = 1727·tx
2.8 Суммарный расход
тепла
Qрасх = Q1+
Q2+ Q3 +Q4+ Q5+ Q6 +Q7
[1 c.251]
Qрасх = 74300+
34136,4+12070,1+19722+242101,18+28700+1727·tx
Qпр = Qрасх
780501 = 411020,7+ 1727·tx
tx = 199°С,
что совпадает с принятой температурой 200°С
7. Механические
расчеты
7.1 Выбор конструкционного материала и
допускаемые напряжения
Расчетное давление Р = 28
МПа.
Расчетная температура
равна температуре внутри аппарата t = 200 °С.
В качестве основного
конструкционного материала выбираем сталь 12ХГНМ [2 c.120], толщина листа 4 мм, для которой при 200 °С:
σв = 666 МПа, σт
= 468 МПа [2c.120].
Нормативное допускаемое
напряжение:
σ* = min(σв/nв; σт/nт) [2 c.120]
nв = 2,6; nт = 1,5 – коэффициенты запаса прочности
σ* = min(666/2,6 = 256 МПа; 468/1,5=312 МПа) = 256 МПа
Допускаемое напряжение:
[σ] = ησ* = 1,0·256 = 256 МПа
η = 1,0 – поправочный коэффициент
учитывающий условия эксплуатации.
Поправка на коррозию
С = ПТа =0,0001·10
= 0,001 м
где П = 0,0001 м/год –
скорость коррозии
Та = 10 – срок
службы аппарата
Давление гидравлических
испытаний
Рги = 1,25Р[σ]20/[σ]250 = 1,25·28·283/256 =
39 МПа
Принимаем Рги =
39 МПа
При 20 °С: σв = 736 МПа, σт
= 540 МПа [1c.120].
σ* = min(736/2,6 = 283 МПа; 540/1,5=360 МПа) = 283 МПа
Допускаемое напряжение:
[σ] = ησ* = 1,0·283 = 283 МПа
7.2 Расчет толщины стенки корпуса
аппарата
Рисунок4 – расчетная
схема колонны
Расчетный коэффициент
толстостенности [3 с.3]:
lnβ = pp/[σ]φ = 28/(256·1) = 0,1 → β = 1,105
φ = 1 – коэффициент прочности сварного
шва
Расчетная толщина стенки
[3 с.3]:
sр = 0,5D(β – 1) = 0,5·2(1,105 – 1) = 0,105 м
Исполнительная толщина
обечайки:
s > sp + C = 0,315 + 0,001 = 0,106
При гидравлических
испытаниях
lnβ = pp/[σ]φ = 39/(256·1) = 0,15 → β = 1,162
sр = 0,5D(β – 1) = 0,5·2(1,162 – 1) = 0,162 м
s > sp + C = 0,461 + 0,001 = 0,163 м
Принимаем по ГОСТ
19903–74 s =180 мм.
Тогда коэффициент
толстостенности:
β = (D+2s)/(D+2C) = (2,0+2·0,18)/(2,0+ 2·0,001) = 1,179
Допускаемое рабочее
давление [3 с.3]:
[p] = [σ]φlnβ = 256·1,0·ln1,179 =42,24 МПа
Условие р < [p] выполняется.
Принимаем толщину
внутренней обечайки 20 мм.
7.3 Расчет толщины стенки эллиптического
днища корпуса
Внутренняя высота эллиптической
части днища:
Нд = 0,25D = 0,25·2,0 = 0,5 м
Расчетная толщина
эллиптического днища [3
с.5]:
sд.р = 
φ = 1,0 –
коэффициент прочности сварных соединений
sд.р = 28·2.0·2,0/[(4·256·1,0 – 70)2·0,5]
= 0,113 м
Исполнительная толщина
днища
sд = sд.р + С = 0,113 + 0,001 = 0,114 м
Принимаем sд.= 0,12 м
Рабочее допускаемое
давление [3 с.6]:
[p] = 
=
4·256·1,0/[2,0·2,0/2·0,5(0,12-0,001) + 1] = 30 МПа
Условие р < [p] выполняется.
Фактический коэффициент
толстостенности
β = (D+2s)/(D+2C) = (2,0+2·0,12)/(2,0+ 2·0,001) = 1,12
Высота отбортовки днища [3
с.6]
ho > 0,5D(β – 1) =
0,5·2,0(1,12 – 1) = 0,12 м
Принимаем ho = 0,12 м
Рисунок5 – Днище
эллиптическое
7.4 Расчет толщины стенки плоской крышки
корпуса
Толщину плоской крышки
определяют по следующей формуле [4 с.132]:
где Dа –
наружный диаметр крышки;
Dб – диаметр
окружности центров шпилек;
dош – диаметр
отверстия под крепежную шпильку;
F – расчетное усилие;
(Расчет данных величин
см. в следующем пункте).
Имеем Dа = 3020 мм; Dб = 2700 мм; dош = 158 мм; Dср = 1100 мм;
Рисунок 6 – Крышка
плоская
7.5 Расчет затвора
соединения фланца с крышкой
Выбираем затвор с
двухконусным обтюратором. Размеры обтюратора:
Dcp = 2200 мм; h= 85 мм; h2 = 42 мм; hcp= 64,0 мм; α
= 30º [2 c.146],
Рисунок7 – Конструкция
двухконусного затвора
Равнодействующая
внутреннего давления на крышку [5 с.2]:
Fp = πDcp2pp/4 = π2,22·28/4 = 53,4 МПа
Равнодействующая
внутреннего давления на обтюраторное кольцо [5 с.2]:
Fo = 0,5πk3ppDcphcptgα
k3 = 1,0 – коэффициент, учитывающий влияние
предварительной затяжки.
при рр >
24,52 МПа
Fo = 0,5π1,0·28·2,2·0,064tg30º = 3,6 МПа
Расчетное усилие для
затвора [5 с.2]:
F = Fo+Fp = 53,4+3,6= 57 МПа
Расчетный диаметр шпилек [5 с.5]
dс.р = 
k4 = 1 – коэффициент учитывающий тангенциальные
напряжения, возникающие в шпильке при ее затяжке.
k5 = 1,3 – при контролируемой затяжке
dм = 18 мм – для шпилек с резьбой более М85
n = 12 – число шпилек.
[σ] – допускаемое напряжение для шпилек
Материал шпилек – сталь
34ХН3М, для которой предел текучести
σт = 680
МПа, тогда нормативное допускаемое напряжение [3 с.6]:
σ* = σт/nт = 680/1,5 = 453 МПа
Допускаемое напряжение
для шпилек
[σ] = ησ* = 1,0·453 = 453 МПа
η = 1,0 –
поправочный коэффициент.
dc.p = (4·1,0·1,3·57/π12·453+0,0182)1/2 = 0,131 м.
Принимаем шпильки М150
Диаметр окружности
центров шпилек:
Dб = D+dp+2a = 2000+150+2·285 = 2720 мм
a > 0,5dp = 0,5·150 = 75 мм → а = 285 мм
Наружный диаметр фланца:
Da = Dб+2dp =
2720+2·150 = 3020 мм
Конструкция шпильки
приводится на рисунке
Рисунок8 – Конструкция
шпильки
7.6
Расчет фланца
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6 |
