Суммарная поверхность тарелок:
F = M/KyfΔ 
cp = 0,178/4,86∙0,0145 = 2,53 м2
Рабочая площадь тарелки:
f = φ0,785d2 = 0,1∙0,785∙1,02 = 0,0785 м2
где φ = 10% - доля рабочей площади тарелки.
Требуемое число тарелок:
n = F/f = 2,53/0,0785 = 32 шт
Высота колонны
Н = Нт(n-1)+Z1+Z2
где Нт = 0,5 м – расстояние между тарелками;
Z1 = 1,6 м – высота сепарационного пространства;
Z2 = 2,8 м – высота кубового пространства.
Н = 0,5(32-1)+1,6+2,8 = 19,9 м
Гидравлический расчет колонны
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки
ΔРс = ζw2ρг/2φ2
где ζ = 1,5 – коэффициент сопротивления тарелки [2c.44];
φ = 0,1 – относительное свободное сечение колонны.
ΔРс = 1,5∙1,592∙1,16/2∙0,12 = 220 Па
Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения:
ΔРσ = 4σ/dэ = 4∙0,07/0,005 = 56 Па
где σ = 0,07 Н/м – поверхностное натяжение воды;
dэ = 0,005 м – диаметр отверстий.
Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя
ΔРсл = ρжgh0 = 998∙9,8∙0,029 = 284 Па
6.4 Полное сопротивление тарелки:
ΔРт = ΔРс+ΔРσ+ΔРсл = 220+56+284 = 560 Па.
6.5 Полное сопротивление колонны:
ΔР = 560∙32 = 17920 Па.
Подбор газодувки и насоса для подачи воды
Объемный расход газовой смеси на входе в аппарат: V = 1,39 м/с.
По полному сопротивлению колонны и объемному расходу газовой смеси выбираем газодувку ТВ-80-1,2 [3c.42], для которой V=1,67 м3/с, а ΔР = 20000 Па.
Объемный расход воды и напор развиваемый насосом:
Q = Lин/ρж = 3,347/998 = 0,0034 м3/с.
Воду необходимо подать на высоту равную высоте колонны, следовательно Н > 20 м.
По объемному расходу и напору выбираем центробежный насос Х20/31 [3c.38], для которого Q = 0,0055 м3/с и Н=25 м.
7. Конструктивный расчет
Толщина обечайки
= 1,0×0,1/2×138×0,8 + 0,001 = 0,003 м,
где sд = 138 МН/м2 – допускаемое напряжение [3c 394],
j = 0,8 – коэффициент ослабления из-за сварного шва,
Ск = 0,001 м – поправка на коррозию.
Согласно рекомендациям [4 c24] принимаем толщину обечайки d = 8 мм.
Днища
Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 – 78 [3 c.25], толщина стенки днища d1 =d = 8 мм.
Масса днища mд = 74,3 кг.
Объем днища Vд = 0,162 м3.
Фланцы
Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ОСТ 26–428–79 [4c36]:
Штуцера
Принимаем скорость жидкости в штуцере w = 1 м/с, а для газовой смеси w = 25 м/с, тогда диаметр штуцера для входа и выхода воды:
d1,2 = (3,436/0,785×1×998)0,5 = 0,066 м,
принимаем d1,2 = 65 мм.
диаметр штуцера для входа и выхода газовой смеси:
d3,4 = (1,451/0,785×25×1,16)0,5 = 0,252 м,
принимаем d3,4 = 250 мм.
Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80, конструкция и размеры которых приводятся ниже:
| dусл | D | D2 | D1 | h | n | d |
Расчет опоры
Аппараты вертикального типа с соотношением Н/D > 5,
размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми юбочными цилиндрическими опорами, конструкция которых приводится на рисунке.
Ориентировочная масса аппарата.
Масса обечайки
mоб = 0,785(Dн2-Dвн2)Нобρ
где Dн = 1,016 м – наружный диаметр колонны;
Dвн = 1,0 м – внутренний диаметр колонны;
Ноб = 20 м – высота цилиндрической части колонны
ρ = 7900 кг/м3 – плотность стали
mоб = 0,785(1,0162-1,02)20,0·7900 = 4000 кг
Общая масса колонны. Принимаем, что масса вспомогательных устройств (штуцеров, измерительных приборов, люков и т.д.) составляет 10% от основной массы колонны, тогда
mк = mоб + mт + 2mд = 1,1(4000+32∙41,5+2·74,3) = 6024 кг
Масса колонны заполненной водой при гидроиспытании.
Масса воды при гидроиспытании
mв = 1000(0,785D2Hц.об + 2Vд) = 1000(0,785·1,02·20 + 2·0,162) = 16024 кг
Максимальный вес колонны
mmax = mк + mв = 6024 +16024 =22048 кг = 0,216 МН
Принимаем внутренний диаметр опорного кольца D1 = 0.94 м, наружный диаметр опорного кольца D2 = 1,1 м.
Площадь опорного кольца
А = 0,785(D22 – D12) = 0,785(1,102 – 0,942) = 0,256 м2
Удельная нагрузка опоры на фундамент
s = Q/A = 0,216/0,256 = 0,84 МПа < [s] = 15 МПа – для бетонного фундамента.
Литература
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов.Л.:Химия,1987, 576 с.
2. Расчет и проектирование массообменных аппаратов. Учебное пособие. – Иваново. 1984.
3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского. М.:Химия, 1983. 272 с.
4. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели. Методические указания. – Иваново, 2004.