Файл: Дипломный проект состоит из 186 страниц, 36 таблиц, 2 рисунка, 19 источников и 8 листов графического материала. Тема дипломного проекта Проект производства формалина.rtf
Добавлен: 25.10.2023
Просмотров: 280
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
оп определяем расчетной.
Общая длина сварного шва.
Lш. = 4 (h + Sоп.) = 4 (0,4 + 0,01826) = 1,673 м (20.40)
Прочность сварного шва:
G/n ≤
(20.41)
где, hш – катет сварного шва, 0,008 м;
τш.с. – допускаемое напряжение материала на срез, 800 кг/см2.
19539,1 ≤ 74950,4.
Условия прочности выполнены. Принимаем опору ГОСТ 26 – 467 – 82.
20. ПОДБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
1. Ректификационная колонна К2
Ректификационная колонна предназначена для разделения формалина от метанола.
Определение диаметра тарельчатой ректификационной колонны производится по формуле:
(21.1)
где, G – массовый расход проходящего по колонне пара, 20425 кг/ч или 5,67 кг/с;
- скорость потока, м/с.
Скорость потока определяется по формуле:
(21.2)
где, с – коэффициент, определяемый по рис.7.2 [6, 17], с = 0,065;
ρж – плотность жидкой фазы, кг/м3 (ρж = 714,75 кг/м3);
ρп – плотность пара , кг/м3 (ρп = 0,279 кг/м3).
Высота колонны:
(22.3)
где, n – число тарелок в колонне, n = 70;
h – расстояние между тарелками, h = 750 мм.
Принимаем Нт = 52000 мм = 52 м.
2. Абсорбционная колонна К1
Абсорбционная колонна предназначена для поглощения формальдегида деминерализованной водой.
Определение диаметра тарельчатой ректификационной колонны производится по формуле:
где, G – расход проходящего по колонне газа, 32537,55 кг/ч или 9,04 кг/с;
ω – рабочая скорость газа, м/с;
принимаем ωпр = 6,05 м/с, тогда
Высота абсорбционной колонны:
где, n – число тарелок в колонне, n = 24;
h – расстояние между тарелками, h = 600 мм.
3. Испаритель Е2а
Вертикальный сварной аппарат со встроенным секционным объемно-сетчатым брызгоулавителем. Материал – Ст09Г2С.
D = 2800 мм; Н = 7550 мм; V = 32 м3.
Требуемый объем испарителя определяем по формуле:
(22.4)
где, G – расход выходящей из него метаноло-воздушной смеси, G = 25302,74 кг/ч;
τ – время, на которое рассчитывается расход продукта (берется по технологическим соображениям ), = 0,5 ч;
К – коэффициент заполнения емкости, К = 0,6 – 0,8;
ρ – плотность смеси, ρ = 800 кг/м3.
Требуемый объем меньше, значит, аппарат справиться с нагрузкой.
3. Теплообменник Т2
Горизонтальный кожухотрубный аппарат. Материал – сборный: Ст16ГС, Ст10, Ст20.
Диаметр – 1000 мм; длина 4170 мм; площадь теплообмена 221 м3.
Назначение: для перегрева метаноло – воздушной смеси.
Рабочие условия:
Трубное пространство: Р = 0,07 МПа, Т = 150°С, среда – метанол.
Межтрубное пространство: Р = 0,6 МПа, Т = 180°С, среда – водяной пар.
Температурная схема теплообмена:
160°С → 160°С;
65°С → 125°С.
Принимаем значение коэффициента теплопередачи К = 60 Вт/м2 *К (от конденсирующего пара к газу) [2, с. 365 таб. 4.8]:
∑Q = Qмет + Qвозд, (22.5)
Смет (при 60оС) = 2703 Дж/кг*К,
Свозд. = 866 Дж/кг*К.
Q =
(22.6)
∑Q = 627719,19 + 54743,9 = 682463,09 Вт.
Поверхность теплообмена:
(22.7)
Подбираем из [2, с. 51 таб. 2.3] по ГОСТ 15118 – 79.
диаметр кожуха Dкож. = 800 мм;
общее число труб nтр. = 404 шт;
длина труб Lтр. = 6,0 м;
площадь поверхности теплообмена F = 190 м2;
диаметр труб Dтр - 25×2 мм.
4. Теплообменники Т3, Т4, Т5, Т6
4.1 Пластинчатый теплообменник Т3.
Теплообменник служит для охлаждения формалина, отводимого из куба колонны.
Рабочие условия:
Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (28 – 38)°С, среда – вода оборотная.
Полость горячего продукта: Р = 0,25 МПа, Т = 40°С, среда – раствор формалина.
Температурная схема теплообмена:
70°С → 40°С;
38°С ← 28°С.
Средняя разность температур: Δtб = 70 – 38 = 32°С; Δtм = 40 – 28 = 12°С.
ΔТср = 20,4 К.
Требуемая поверхность теплообмена:
где, Q – тепловая нагрузка, Вт;
К – коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м3 [12, табл. 2.1, с.47];
ΔТср – средняя разность температур, К.
F = 372 м2, так как 3 теплообменника, то F = 123 м2 каждый.
Принимаем по ГОСТ 15518 – 83 площадь поверхности теплообмена F = 125 м2, число пластин N = 242 шт, масса аппарата М = 2662 кг, площадь одной пластины f = 0,5 м2.
4.2 Пластинчатый теплообменник Т4.
Теплообменник служит для охлаждения раствора формалина, отводимого с глухой тарелки абсорбера.
Рабочие условия:
Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 – 15)°С, среда – вода захоложенная.
Полость горячего продукта: Р = 0,35 МПа, Т = 35°С, среда – раствор формалина.
Температурная схема теплообмена:
50°С → 35°С;
5°С ← 15°С.
Средняя разность температур: Δtб = 50 – 5 = 45°С; Δtм = 35 – 15 = 20°С.
ΔТср = 31 К.
Требуемая поверхность теплообмена:
где, Q – тепловая нагрузка, Вт;
К – коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м3 [12, табл. 2.1, с.47];
ΔТср – средняя разность температур, К.
F = 245,16 м2, так как 3 теплообменника, то F = 81,7 м2 каждый.
Принимаем по ГОСТ 15518 – 83 площадь поверхности теплообмена F = 80 м2, число пластин N = 154 шт, масса аппарата М = 2040 кг, площадь одной пластины f = 0,6 м2.
4.3 Пластинчатый теплообменник Т5.
Теплообменник служит для охлаждения деминерализованной воды, отводимой с глухой тарелки абсорбера.
Рабочие условия:
Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 – 15)°С, среда – вода захоложенная.
Полость горячего продукта: Р = 0,3 МПа, Т = 25°С, среда – деминерализованная вода.
Температурная схема теплообмена:
50°С → 35°С;
5°С ← 15°С.
Средняя разность температур: Δtб = 50 – 5 = 45°С; Δtм = 20 – 5 = 15°С.
ΔТср = 21 К.
Требуемая поверхность теплообмена:
где, Q – тепловая нагрузка, Вт;
К – коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м3 [12, табл. 2.1, с.47];
ΔТср – средняя разность температур, К.
F = 24,13 м2, так как 3 теплообменника, то F = 8,04 м2 каждый.
Принимаем по ГОСТ 15518 – 83 площадь поверхности теплообмена F = 8 м2, число пластин N = 30 шт, масса аппарата М = 362 кг, площадь одной пластины f = 0,3 м2.
4.4 Пластинчатый теплообменник Т6.
Теплообменник служит для охлаждения деминерализованной воды, отводимой с глухой тарелки абсорбера.
Рабочие условия:
Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 – 15)°С, среда – вода захоложенная, оборотная вода
Полость горячего продукта: Р = 0,3 МПа, Т = 25°С, среда – раствор слабого формалина.
Расчет теплообменника проводится аналогично предыдущему. Данный теплообменник справится с нагрузкой, так как его поверхность теплообмена составляет 180 м2, что больше необходимой.
5. Насос поз.Н2
Техническая характеристика насоса: поз.Н2/1,2:
Насос центробежный, консольный, типа 1ЦГ100/32а – К – 11 – 5: Q = 156 м3/ч, Н = 49 м, среда – метанол. Материал – 12Х18Н10Т, 12Х13Н10.
Работа любого насоса характеризуется напором и мощностью при заданной подаче насоса (расходе жидкости). Полезную мощность насоса рассчитываем по формуле:
(22.8)
где, N – мощность, потребляемая насосом, кВт;
V - подача насоса, м3/с;
ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3;
g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;
η – общий КПД насоса, доли ед.
Подача насоса рассчитывается по формуле:
где, V - массовый расход перекачиваемой жидкости;
ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3.
Тогда,
Мощность электродвигателя принимаем с запасом 25%, тогда его требуемая мощность составит:
Электродвигатель типа ВАО – 82 – 2У2: N = 55 кВт, n = 3000 об/мин,
U = 380 В, исполнение ВЗГ.
Данные насосы справляются с заданной мощностью.
Третий насос, предназначенный тоже для перекачки формалина – ″сырца″ можно установить с меньшей мощностью.
Насос центробежный, герметический, консольный, типа 1ЦГ100/32а – К – 11 – 5: Q = 160 м
Общая длина сварного шва.
Lш. = 4 (h + Sоп.) = 4 (0,4 + 0,01826) = 1,673 м (20.40)
Прочность сварного шва:
G/n ≤
(20.41)где, hш – катет сварного шва, 0,008 м;
τш.с. – допускаемое напряжение материала на срез, 800 кг/см2.
19539,1 ≤ 74950,4.
Условия прочности выполнены. Принимаем опору ГОСТ 26 – 467 – 82.
20. ПОДБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
1. Ректификационная колонна К2
Ректификационная колонна предназначена для разделения формалина от метанола.
Определение диаметра тарельчатой ректификационной колонны производится по формуле:
(21.1)где, G – массовый расход проходящего по колонне пара, 20425 кг/ч или 5,67 кг/с;
- скорость потока, м/с.Скорость потока определяется по формуле:
(21.2)где, с – коэффициент, определяемый по рис.7.2 [6, 17], с = 0,065;
ρж – плотность жидкой фазы, кг/м3 (ρж = 714,75 кг/м3);
ρп – плотность пара , кг/м3 (ρп = 0,279 кг/м3).
Высота колонны:
(22.3)где, n – число тарелок в колонне, n = 70;
h – расстояние между тарелками, h = 750 мм.
Принимаем Нт = 52000 мм = 52 м.
2. Абсорбционная колонна К1
Абсорбционная колонна предназначена для поглощения формальдегида деминерализованной водой.
Определение диаметра тарельчатой ректификационной колонны производится по формуле:
где, G – расход проходящего по колонне газа, 32537,55 кг/ч или 9,04 кг/с;
ω – рабочая скорость газа, м/с;
принимаем ωпр = 6,05 м/с, тогда
Высота абсорбционной колонны:
где, n – число тарелок в колонне, n = 24;
h – расстояние между тарелками, h = 600 мм.
3. Испаритель Е2а
Вертикальный сварной аппарат со встроенным секционным объемно-сетчатым брызгоулавителем. Материал – Ст09Г2С.
D = 2800 мм; Н = 7550 мм; V = 32 м3.
Требуемый объем испарителя определяем по формуле:
(22.4)
где, G – расход выходящей из него метаноло-воздушной смеси, G = 25302,74 кг/ч;
τ – время, на которое рассчитывается расход продукта (берется по технологическим соображениям ), = 0,5 ч;
К – коэффициент заполнения емкости, К = 0,6 – 0,8;
ρ – плотность смеси, ρ = 800 кг/м3.
Требуемый объем меньше, значит, аппарат справиться с нагрузкой.
3. Теплообменник Т2
Горизонтальный кожухотрубный аппарат. Материал – сборный: Ст16ГС, Ст10, Ст20.
Диаметр – 1000 мм; длина 4170 мм; площадь теплообмена 221 м3.
Назначение: для перегрева метаноло – воздушной смеси.
Рабочие условия:
Трубное пространство: Р = 0,07 МПа, Т = 150°С, среда – метанол.
Межтрубное пространство: Р = 0,6 МПа, Т = 180°С, среда – водяной пар.
Температурная схема теплообмена:
160°С → 160°С;
65°С → 125°С.
Принимаем значение коэффициента теплопередачи К = 60 Вт/м2 *К (от конденсирующего пара к газу) [2, с. 365 таб. 4.8]:
∑Q = Qмет + Qвозд, (22.5)
Смет (при 60оС) = 2703 Дж/кг*К,
Свозд. = 866 Дж/кг*К.
Q =
(22.6) ∑Q = 627719,19 + 54743,9 = 682463,09 Вт.
Поверхность теплообмена:
(22.7)Подбираем из [2, с. 51 таб. 2.3] по ГОСТ 15118 – 79.
диаметр кожуха Dкож. = 800 мм;
общее число труб nтр. = 404 шт;
длина труб Lтр. = 6,0 м;
площадь поверхности теплообмена F = 190 м2;
диаметр труб Dтр - 25×2 мм.
4. Теплообменники Т3, Т4, Т5, Т6
4.1 Пластинчатый теплообменник Т3.
Теплообменник служит для охлаждения формалина, отводимого из куба колонны.
Рабочие условия:
Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (28 – 38)°С, среда – вода оборотная.
Полость горячего продукта: Р = 0,25 МПа, Т = 40°С, среда – раствор формалина.
Температурная схема теплообмена:
70°С → 40°С;
38°С ← 28°С.
Средняя разность температур: Δtб = 70 – 38 = 32°С; Δtм = 40 – 28 = 12°С.
ΔТср = 20,4 К.
Требуемая поверхность теплообмена:
где, Q – тепловая нагрузка, Вт;
К – коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м3 [12, табл. 2.1, с.47];
ΔТср – средняя разность температур, К.
F = 372 м2, так как 3 теплообменника, то F = 123 м2 каждый.
Принимаем по ГОСТ 15518 – 83 площадь поверхности теплообмена F = 125 м2, число пластин N = 242 шт, масса аппарата М = 2662 кг, площадь одной пластины f = 0,5 м2.
4.2 Пластинчатый теплообменник Т4.
Теплообменник служит для охлаждения раствора формалина, отводимого с глухой тарелки абсорбера.
Рабочие условия:
Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 – 15)°С, среда – вода захоложенная.
Полость горячего продукта: Р = 0,35 МПа, Т = 35°С, среда – раствор формалина.
Температурная схема теплообмена:
50°С → 35°С;
5°С ← 15°С.
Средняя разность температур: Δtб = 50 – 5 = 45°С; Δtм = 35 – 15 = 20°С.
ΔТср = 31 К.
Требуемая поверхность теплообмена:
где, Q – тепловая нагрузка, Вт;
К – коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м3 [12, табл. 2.1, с.47];
ΔТср – средняя разность температур, К.
F = 245,16 м2, так как 3 теплообменника, то F = 81,7 м2 каждый.
Принимаем по ГОСТ 15518 – 83 площадь поверхности теплообмена F = 80 м2, число пластин N = 154 шт, масса аппарата М = 2040 кг, площадь одной пластины f = 0,6 м2.
4.3 Пластинчатый теплообменник Т5.
Теплообменник служит для охлаждения деминерализованной воды, отводимой с глухой тарелки абсорбера.
Рабочие условия:
Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 – 15)°С, среда – вода захоложенная.
Полость горячего продукта: Р = 0,3 МПа, Т = 25°С, среда – деминерализованная вода.
Температурная схема теплообмена:
50°С → 35°С;
5°С ← 15°С.
Средняя разность температур: Δtб = 50 – 5 = 45°С; Δtм = 20 – 5 = 15°С.
ΔТср = 21 К.
Требуемая поверхность теплообмена:
где, Q – тепловая нагрузка, Вт;
К – коэффициент теплоотдачи, принимаем К = 800 Вт/м3 [12, табл. 2.1, с.47];
ΔТср – средняя разность температур, К.
F = 24,13 м2, так как 3 теплообменника, то F = 8,04 м2 каждый.
Принимаем по ГОСТ 15518 – 83 площадь поверхности теплообмена F = 8 м2, число пластин N = 30 шт, масса аппарата М = 362 кг, площадь одной пластины f = 0,3 м2.
4.4 Пластинчатый теплообменник Т6.
Теплообменник служит для охлаждения деминерализованной воды, отводимой с глухой тарелки абсорбера.
Рабочие условия:
Полость хладоагента: Р = 0,45 МПа, Т = (5 – 15)°С, среда – вода захоложенная, оборотная вода
Полость горячего продукта: Р = 0,3 МПа, Т = 25°С, среда – раствор слабого формалина.
Расчет теплообменника проводится аналогично предыдущему. Данный теплообменник справится с нагрузкой, так как его поверхность теплообмена составляет 180 м2, что больше необходимой.
5. Насос поз.Н2
Техническая характеристика насоса: поз.Н2/1,2:
Насос центробежный, консольный, типа 1ЦГ100/32а – К – 11 – 5: Q = 156 м3/ч, Н = 49 м, среда – метанол. Материал – 12Х18Н10Т, 12Х13Н10.
Работа любого насоса характеризуется напором и мощностью при заданной подаче насоса (расходе жидкости). Полезную мощность насоса рассчитываем по формуле:
(22.8)где, N – мощность, потребляемая насосом, кВт;
V - подача насоса, м3/с;
ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3;
g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;
η – общий КПД насоса, доли ед.
Подача насоса рассчитывается по формуле:
где, V - массовый расход перекачиваемой жидкости;
ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3.
Тогда,
Мощность электродвигателя принимаем с запасом 25%, тогда его требуемая мощность составит:
Электродвигатель типа ВАО – 82 – 2У2: N = 55 кВт, n = 3000 об/мин,
U = 380 В, исполнение ВЗГ.
Данные насосы справляются с заданной мощностью.
Третий насос, предназначенный тоже для перекачки формалина – ″сырца″ можно установить с меньшей мощностью.
Насос центробежный, герметический, консольный, типа 1ЦГ100/32а – К – 11 – 5: Q = 160 м