Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

оформление колонн

.pdf
Скачиваний:
331
Добавлен:
04.01.2017
Размер:
3.97 Mб
Скачать

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова

Кафедра «Процессы и аппараты химической технологии»

Носов Г.А., Захаров М.К.

Конструктивное оформление колонных аппаратов

Методические указания по курсовому проектированию

Москва, 2009 г.

www.mitht.ru/e-library

УДК 66.048

Рецензент: проф. Грусков А.Д.

Авторы: Г.А. Носов, М.К. Захаров. Методические указания по курсовому проектированию «Конструктивное оформление колонных аппаратов» // М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2009, с. 52.

Методические указания по устройству колонных аппаратов являются необходимым дополнением к методическим указаниям по расчету и проектированию ректификационных и абсорбционных установок. Пособие предназначено для студентов 3 и 4 курсов всех специальностей МИТХТ им. М.В. Ломоносова, выполняющих курсовой проект по курсу ПАХТ, а также для студентов старших курсов, выполняющих квалификационные работы, связанные с использованием процессов абсорбции, ректификации и противоточного тепломассообмена.

Утверждено библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В. Ломоносова в качестве учебно-методического пособия.

© МИТХТ им. М.В. Ломоносова

2

www.mitht.ru/e-library

Содержание

Введение...............................................................................................................................

4

1.

Выбор конструкционных материалов.............................................................................

5

2.

Устройство тарельчатых колонн.....................................................................................

5

 

2.1. Колпачковые колонны.............................................................................................

13

 

2.2. Клапанные колонны................................................................................................

21

 

2.3. Ситчатые колонны...................................................................................................

27

 

2.4. Колонны с другими типами контактных устройств...............................................

28

3.

Устройство насадочных колонн....................................................................................

29

4.

Конструктивные элементы колонных аппаратов .........................................................

35

 

4.1. Крышки и днища.....................................................................................................

35

 

4.2.

Опоры.....................................................................................................................

38

 

4.3.

Люки.......................................................................................................................

38

 

4.4. Фланцевые соединения, бобышки...........................................................................

44

 

4.5. Штуцера...................................................................................................................

47

 

4.6. Указатели уровня жидкости....................................................................................

48

 

4.7. Укрепление отверстий.............................................................................................

49

 

4.8. Тепловая изоляция...................................................................................................

49

Рекомендуемая литература................................................................................................

50

3

www.mitht.ru/e-library

Введение

Колонные аппараты с противоточным движением фаз широко используются в химической, нефтехимической, коксохимической, пищевой и других отраслях промышленности для проведения процессов абсорбции, десорбции, ректификации,

противоточного контактного теплообмена и очистки газовых потоков от дисперсных частиц. С закономерностями этих процессов и особенностями их конструктивного оформления можно познакомиться в учебной литературе [1-8]. Практически все эти процессы могут проводиться как в периодическом, так и в непрерывном режимах. В

настоящем пособии основное внимание уделено конструктивному оформлению колонных аппаратов непрерывного действия.

Колонные аппараты могут работать в широком диапазоне температур от –250 до

250оС при избыточном давлении до 2,5 МПа и под вакуумом до 5 мм рт. ст. (665 Па).

При этом имеется довольно большое разнообразие в конструктивном оформлении таких аппаратов. Их характеристики (высота, диаметр, число ступеней, высота насадки,

число секций насадки, диаметры штуцеров и др.) устанавливаются на основании технологических расчетов, методики которых приведены в [1–8].

По принципу действия колонные аппараты часто разделяют на две группы [1-4, 9, 10]: аппараты с непрерывным и со ступенчатым контактом фаз. Непрерывный массообмен имеет место в насадочных и пленочных аппаратах, а ступенчатый тепломассообмен реализуется в колонных, снабженных секционирующими тарелками с различными контактными устройствами (колпачками, клапанами, перфорированными решетками и др.). Основным назначением таких устройств является обеспечение хорошего контакта фаз (развитой межфазной поверхности).

Тип колонного аппарата может быть задан руководителем курсового проекта или же он выбирается студентом самостоятельно и согласуется с руководителем проекта. С

руководителем проекта согласуются также конструктивные элементы колонн, для которых необходимо произвести прочностные расчеты.

Разработке конструкции аппарата должны предшествовать выбор конструкционных материалов, из которых будут изготавливаться основные узлы и детали проектируемой колонны.

При разработке конструкции аппаратов следует максимально использовать конструктивные характеристики, содержащиеся в имеющихся каталогах и нормалях, а

также придерживаться требований ГОСТов и ОСТов на размеры и устройство узлов и

4

www.mitht.ru/e-library

деталей колонных аппаратов (тарелок, обечаек, фланцев, днищ, крышек, опор,

штуцеров, люков и др.).

1. Выбор конструкционных материалов

Выбор материалов для изготовления колонных аппаратов производится исходя из физико-химических свойств разделяемых смесей, условий эксплуатации, физико-

механических свойств материалов и их стоимости. При этом отдельные части аппаратов могут быть изготовлены из различных конструкционных материалов.

Главным требованием к конструкционным материалам является их коррозионная стойкость. Последняя оценивается величиной скорости коррозии [10-13]. Обычно для изготовления деталей и узлов колонн, контактирующих с агрессивными средами,

выбирают материал, скорость коррозии которых не превышает 0,1 мм/год.

Рекомендации по подбору конструкционных материалов, исходя из их коррозионной стойкости, приведены в справочниках [13, 14]. В этих справочниках приведены также физико-механические (прочностные) свойства различных материалов и рекомендации по их использованию для изготовления отдельных деталей колонного оборудования.

2.Устройство тарельчатых колонн

Взависимости от диаметра колонные аппараты обычно изготавливаются в двух

вариантах: царговые – диаметром 400, 500, 600, 800 и 1000 мм и цельносварные – диаметром от 1000 до 3600 мм [13-15, 17, 18].

Царговые колонны являются аппаратами разборного типа, корпуса которых состоят из отдельных узлов (царг, крышек, куба). Внутри царг размещаются тарелки с различными контактными и распределительными устройствами.

На рис.1 показан эскиз тарельчатой колонны царгового типа, которая соответствует требованиям ОСТ–26–1488–83 [15, 17]. В табл. 1 приведены обозначения и назначение штуцеров такой колонны. Такие колонны могут работать при давлении до

1,6 МПа.

Крышка, царги и куб колонны соединяются между собой с помощью фланцев.

Царги представляют собой цилиндрическую обечайку, к торцам которой приварены фланцы. Толщина обечайки δст зависит от диаметра колонны, давления, высоты и конструкционных материалов колонны. Обычно величина δст находится в диапазоне

5

www.mitht.ru/e-library

Рис. 1. Тарельчатые колонны царгового типа [15]: 1- корпус; 2- опора-лапа; 3- цапфа; 4- крышка; 5- отбойник сетчатый; 6- царга сепарационная; 7- тарелка; 8- камера уровнемера; 9- приспособление для выверки; 10опора цилиндрическая; L- определяется заказчиком.

6

www.mitht.ru/e-library

Таблица 1. Обозначение и назначение штуцеров царговых колонн [15].

Обозначение

Назначение

Количество

Условный проход, мм

 

 

 

 

А*

Вход пара (газа)

1

-

 

 

 

 

Б*

Вход флегмы

1

-

 

 

 

 

В*

Вход питания

1

-

 

 

 

 

Г*

Выход пара (газа)

1

-

 

 

 

 

Е*

Выход жидкости на циркуляцию

1

-

 

 

 

 

И

Для регулятора уровня

1

50

 

 

 

 

К

Для камеры уровнемера

2

50

 

 

 

 

Л

Для замера температуры

-

М 20 × 1,5

 

 

 

 

М

Для замера давления

2

50

 

 

 

 

П

Лаз

2

250

 

 

 

 

Р

Дренаж

1

М 20 × 1,5

 

 

 

 

С

Резервный

1

25

 

 

 

 

* Размеры штуцеров определяется расчетом.

Таблица 2. Обозначение и назначение штуцеров цельносварных колонн [15].

Обозначение

Назначение

Количество

Условный проход, мм

 

 

 

 

А*

Вход пара (газа)

1

-

 

 

 

 

Б*

Вход флегмы

1

-

 

 

 

 

В*

Вход питания

1

-

 

 

 

 

Г*

Выход пара (газа)

1

-

 

 

 

 

Е*

Выход жидкости на циркуляцию

1

-

 

 

 

 

Ж

Люк

-

-

 

 

 

 

И

Для регулятора уровня

1

50

 

 

 

 

К

Для камеры уровнемера

2

50

 

 

 

 

Л

Для замера температуры

-

М 20 × 1,5

 

 

 

 

М

Для замера давления

2

50

 

 

 

 

П

Лаз

2

500

 

 

 

 

Р

Дренаж

1

50

 

 

 

 

С

Резервный

1

50

 

 

 

 

* Размеры штуцеров определяется расчетом.

7

www.mitht.ru/e-library

4 – 20 мм [15]. Расчет толщины стенок колонных аппаратов производится по ГОСТ

14249-89, СЭВ 597-77. Методики прочностного расчета подробно рассмотрены в справочниках [13, 14]. В литературе [13, 14, 17] имеются номограммы, которые позволяют быстро определить толщину стенок корпусов колонных аппаратов,

работающих при избыточном давлении или под вакуумом. Сведения о конструкции фланцев приведены в разделе 4.4.

Внутри царг размещены, как правило, цельные тарелки с различными контактными и распределительными устройствами. Высота царг l1 зависит от количества расположенных в них тарелок и расстояния между тарелками h. Число тарелок обычно составляет от 3 до 6, а величина h может быть 200, 300 и 400 мм [13, 15, 17]. В свою очередь число царг зависит от общего количества тарелок колонны.

Внутри царг для крепления тарелок могут быть размещены опорные кольца или кронштейны. Конструкции тарелок и опорных устройств описаны ниже. Заметим, что конструкции опорных устройств колонных аппаратов практически не зависят от типа используемых тарелок.

Отдельные царги снабжаются штуцерами для подачи исходных смесей, флегмы,

абсорбентов и др., а также штуцерами для отвода продуктов разделения. Подачу исходной смеси и флегмы производят через штуцер с отражательной перегородкой или через трубу с нижним вырезом и прямой отражательной перегородкой,

обеспечивающих гашение энергии струи и спокойный слив жидкости на тарелку. С

целью обеспечения сборочных работ в колоннах царгового типа подачу исходной смеси и флегмы часто осуществляют через устройство «штуцер в штуцере»,

конструкция которого приведена в разделе 4.5.

Верхняя царга соединяется с крышкой, на которой размещен штуцер для выхода пара или газа из колонны. Для стандартных колонн диаметром 400 и 600 мм высота крышки с паровым штуцером l3 = 350 мм, а для колонн диаметром 800 и 1000 мм l3 = 450 мм. Часто на крышке колонны помимо технологического штуцера для выхода пара устанавливают предохранительный клапан для обеспечения сброса пара при увеличении давления сверх нормы, штуцер для прохода воздуха при заполнении водой во время гидравлических испытаний, а также штуцеры для термопар и манометров.

Высота сепарационного пространства над верхней тарелкой превышает, как правило, расстояние между тарелками в 1,5 - 2 раза во избежание интенсивного брызгоуноса из колонны. Кроме этого, в верхней царге иногда устанавливается

8

www.mitht.ru/e-library

сетчатый или жалюзный сепаратор для дополнительного отделения капель (брызг)

жидкой фазы от парового потока.

Высота нижней части (куба) колонны зависит от конструкции кипятильника. Так,

например, расстояние между штуцерами А и Е определяется размером (длиной) труб в кипятильнике. Принимается во внимание также следующее. Подача промежуточной смеси из кипятильника в колонну через штуцер А производится, как правило, на уровень жидкости в кипятильнике. Расстояние от штуцера А до самой нижней тарелки должно быть не меньше расстояния между тарелками. Высота уровня жидкости в колонне должна быть в пределах 0,5 – 1,0 м, что с учетом высоты опоры может обеспечить достаточный напор для прохождения кубовой жидкости в приемную емкость через холодильник без использования насоса.

Для царговых колонн используются цилиндрические опоры (см. раздел 4.2)

высотой обычно 1200 мм. При этом куб приваривается непосредственно к опоре колонны. Для колонн с небольшим числом тарелок иногда используют опорные лапы

[15].

Эскиз цельносварных колонн тарельчатого типа показан на рис. 2, а в табл. 2

указано назначение штуцеров. Цельносварные колонны имеют разборные тарелки. При этом колонны снабжаются специальными люками, которые используются для проведения монтажных и ремонтных работ. Между люками обычно размещается от 5

до 7 тарелок. Расстояние между тарелками h в цельносварных колоннах может быть

300, 400, 450, 500, 600 и 800 мм [15, 17].

Корпуса цельносварных колонн изготавливаются из отдельных обечаек, которые свариваются между собой. Толщина стенок обечаек, также как и для царговых колонн,

зависит от диаметра колонны, ее высоты, давления и используемого конструкционного материала. Сверху колонны приваривается эллиптическая крышка, а снизу такое же днище и опора аппарата. Внутри корпуса привариваются устройства для перетока жидкой фазы и опорные элементы для крепления элементов разборных тарелок. На внешней поверхности колонн часто привариваются накладки под крепление площадок обслуживания [15]. Обечайки колонн, работающих под вакуумом, укрепляются внешними кольцами жесткости, размеры и расстояние между которыми приведены в

[15, 17].

В верхней части цельносварных колонн часто размещают кран-укосину для облегчения монтажных работ. На корпусе колонны, как правило, имеются устройства

(крюки, цапфы и др.) для стропки аппаратов при их перевозке и монтаже [15].

9

www.mitht.ru/e-library

Рис. 2. Аппараты тарельчатые цельносварные [15]:

1- корпус; 2- люк; 3- устройство поворотное; 4 и 5- тарелки; 6- отбойник сетчатый; 7- приспособление для выверки; 8- цапфа (штуцер); 9- камера уровнемера; 10опора цилиндрическая; n- количество тарелок

10

www.mitht.ru/e-library

Соседние файлы в предмете Процессы и аппараты химической технологии