Конструктивный расчет основного аппарата

2.3 Конструктивный расчет основного аппарата
2.3.1 Технологический расчет
Каталитическая очистка осуществляется в адиабатическом реакторе на
двухступенчатом катализаторе; в качестве первой ступени – палладированный
катализатор АПК-2, содержащий 2 масс. % Pd, в качестве 2-й активированный
оксид алюминия Al2O3. Расчетная температура выхлопного газа на входе в
реактор 480, на выходе – 7600С[4]
Реактор цилиндрической формы с кэлиптическим днищем изготовлен
из обычной углеродистой стали и футерован изнутри огнеупорным
кирпичом. В верхнюю часть аппарата вмонтированы люк для загрузки
катализатора, смеситель и распределитель паров по сечению аппарата.
Производительность
продукта
на
1кг
катализатора
катализатора.
за
период
Кажущая
службы
плотность
2370кг/кг
катализатора
ρн=2300кг/м3, насыпная плотность 1400 кг/м3, срок службы катализатора
1784213 часов. Производительность реактора G=267632 кг/ч [6].
При длительности пробега 178421 часов и производительности
катализатора за этот период 26763 кг/кг за 1 час составит:
NK=26763/178421=0,15 ч-1[6].
Находим
объем
катализатора
для
обеспечения
заданной
производительности
VK=N/( NK ρН)= 26763/(0,15∙1400)=40 м3
Принимаем 4 реактора, тогда объём катализатора в одном реакторе
будет равен:
Vк=40/4=10 м3
Находим объем аппарата с учетом степени заполнения катализатора:
V= Vраб/φ= 10/0,5=20м3
Принимаем диаметр аппарата D=3 м[18] высота слоя катализатора:
Hк=Vк/(0,785D2)=10/(0,785∙32)=1,5 м
Катализатор укладывается в два яруса высотой 0,785 м.
Высота цилиндрической части аппарата:
Hц= Hк+h=1,5+1=2,5 м
Где h- высота промежутка между ярусами катализатора
Высота круглой крышки(днища):
Hд=D/2=3/2=1,5м
Тогда высота реактора равна:
H= 2,5+1,5+1,5=5,5
2.3.2 Прочностной расчет
2.3.2.1 Расчет толщины обечайки

D p
 Cк  Cокр
2    p

3  0, 2
 0, 004  0, 001  0, 012 м
2 139 1  0, 2
Принимаем толщину обечайки 12 мм [18]
где D - наружный или внутренний диаметр обечайки, м
p – внутреннее избыточное давление, МПа
 - допускаемое напряжение на растяжение для материала обечайки, МН/м2 (
  139 МН/м 2 )
 - коэффициент, учитывающий ослабление обечайки из-за сварного шва, (для
стали  =1, т.к. берем обечайку, изготовленную из бесшовной трубы )
Ск – запас на коррозию, мм
Сокр – прибавка округления толщины детали до номинального размера, мм
2.3.2.2 Расчет толщины днища

D p
 Cк  Cокр
(2      p )
где α=450
  1 , т.к. днище берем днище, изготовленное штамповкой
3  0, 2
 0, 004  0, 001  0, 012 м
(2 139 1  0, 2)
Принимаем толщину днища 12 мм [18]

2.3.2.3 Подбор опор
Ga– масса аппарата
2
Ga  [4*V *( kS  c / D)  1.43* D 2 *( k S * D  c)]
Плотность стали приближенно равна:=7850кг/м3.
Комплекс kS:
pP
0, 2
kS 

 0, 002
(2*  *[ ]  pP ) (2*1*(139  0.2))
где:[]-нормативное допускаемое напряжение.
-коэффициент прочности сварных швов равный 1
Подставим полученные величины в уравнение:
mK  7850*[4* 20(0, 002  3*10 3 / 4,3) 
1.43* 4,32 (0, 002* 4,3  3*10 3 )]  12388,22 к г .
Масса воды залитой в колонну:
GB=B*V=1000*20 =20000кг
Gк – вес катализатора
Максимальная масса аппарата:
Gmax = Ga+Gв + Gк = 12388,22 +20000+6000 = 163488,22 кг = 1,6 МН
По рекомендации [18], принимаем стандартную цилиндрическую
опору 3-го типа (с кольцевым опорным поясом ОСТ 26-467-78).
2.3.2.4 Подбор штуцеров
Диаметр штуцеров рассчитывается по формуле:
d=
G
0,785w
,
где G – массовый расход газа,
 - плотность газа, кг/м3
w – скорость движения теплоносителя в штуцере.
Тогда диаметр штуцера для входа сырья:
d1 = (432,9/0,78510,87)0,5 = 0,514 м,
принимаем d1 = 600 мм; [18]
диаметр штуцера для выхода продуктов:
d2= (2597,4/0,78551,17)0,5 = 0,516 м,
принимаем d2= 600 мм. [18]
3
Список используемой литературы
1. Ченская В.В. Теоретические основы технологии неорганических веществ:
учеб. Пособие / В.В. Ченская, Т.Г. Черкасова, Е.В. Цалко; Кузбас. гос. техн.
ун-т. – Кемерово, 2010. – 203 с.
2. Шевченко, Т.М, А.В. Тихомирова. Химическая технология неорганических
веществ. Основные производства: текст лекций/ КузГТУ. – Кемерово, 2012. –
190 с.
3. Соколов Р.С. Химическая технология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб.
заведений: В 2 т. – М.: Гуманит. изд. центр БЛАДОС, 2000. – Т.1: Химическое
производство в антропогенной деятельности. Основные вопросы химической
технологии. Производство неорганических веществ. – 368 с.
4. Олевский В.М. Производство азотной кислоты в агрегатах большой
единичной мощности М.: Химия, 2012.-400 с.
5. Общая химическая технология: Учеб. для техн. вузов/ А.М. Кутепо 2014. –
520 с.; ил.
6. Технология связанного азота / В.И. Атрощенко, А.М. Алексеев, А.П.
Засорин и др.; под ред. акад. АН УССР В.И. Атрощенко. – К.: Высш. шк., 2014
– 327 с.
7. Жаворонков Н.В. Справочник азотчика. Производство разбавленной и
концентрированной азотной кислоты: Производство азотных удобрений:
Материалы, компрессоры и газгольдеры производств азотной кислоты и
удобрений: 2-е изд. перераб. – М.: Химия, 2015, – 464 с.
8. Расчеты по технологии неорганических веществ / Под ред. П.А. Дыбиной,
Вишняк Ю.И. М.: Высшая школа, 2014. - 524 с.
9. Основы химической технологии / Мухленов И.П . – М.: Высш. шк., 2013. –
463 с.
10. Расчеты химико – технологических процессов / Мухленов И.П . – Л.:
Химия, 2014. – 248 с.
11. Электронный ресурс [http://www.komen.ru/azotn.shtml]
12. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов
химической технологии/ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. 2014. – 356
с.
4
13. Тютюнников А.Б. Основы расчета и конструирования массообменных
колонн/ А.Б. Тютюнников, Л.Л. Товажнянский, А.П. Готлинская. , 2014. – 156
с.
14. Дытнерского. . Ю.И. Основные процессы и аппараты химической
технологии/ Ю.И. Дытнерского. , 2011. – 189с.
15. Александров. И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты/ И.А.
Александров. ,Соколов А.В. , 2015. – 256 с.
16.. Сухотин А.М Химическое сопротивление материалов/ А.М. Сухотин, В.С.
Зотиков. , 2014. – 248 с.17. Лащинский А.А. Конструирование сварных
химических аппаратов/ А.А. Лащинский. , 2012. – 412 с.
18. Лащинский А.А. Основы конструирования и расчета химической
аппаратуры/ А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский. , 2014. – 325 с.
5