proiectarea din punct de vedere mecanic a unei coloane de distilare atmosferica

8/16/2019 Proiectarea Din Punct de Vedere Mecanic a Unei Coloane de Distilare Atmosferica

1/26

Universitatea „Petrol-Gaze” Ploieşti Disciplina: Inginerie mecanică

PROIEC DE !"

Temă: Proiectarea din punct de vedere mecanic

a unei coloane de distilare atmosferică

Con#$cător #e proiect:Conf. dr. ing. Gh. Dumitru

E%ect$at #e:student an III, gr. 3003,

!acultatea TPP, specialitatea PPP

U"I&ER'I!E! „PERO(-G!)E” P(OIE*I Anul universitar: 2015-2016 Anul de studii: III


2/26

Grupa: 30103Disciplina: Inginerie mecanică Student: Marinescu Gerge !"10

Data: 0#$02$2016

%&'I()* D( A!

)+%&I!S:

+,E!IC! PROIECU(UI .

/, P(!"U( E!IC 0

/,+, PRE)E"!RE! CO"'RUCI&-1U"C2IO"!(3 ! !P!R!E(OR DE IP CO(O!"3 0/,/, C!(CU(U( EC!"IC DE PREDIE"'IO"!RE 42$2$1$ DA*(,( *(!I)( .2$2$2$ A,(G(&(A MA*(&IA,(,'& $ #2$2$3$ )A,)+,+, D( %&(DIM(!SI'!A&($ #2$2$3$1$ )alculul re/istenelr admisiile$ #2$2$3$2$ )alculul de predimensinare a mantalei cilindrice 2$2$3$3$ )alculul de predimensinare a undurilr elipsidale 112$2$3$4$ )alcul de predimensinare al sistemului de re/emare$ 12/,., E&!(U!RE! '!RCI"I(OR *I 'O(ICI3RI(OR CORE'PU")3O!RE +52$3$1$ )A,)+,+, SA&)I!I,'& I S',I)I*&I,'& MASI)($ 142$3$2$ )A,)+,+, SA&)I!I,'& I S',I)I*&I,'& S(ISMI)($ 1#

/,5, C!(CU(U( EC!"IC DE &ERI1IC!RE (! RE)I'E"23 *I '!6I(I!E //2$4$1$ D(*(&MI!A&(A (7'&*+&I,'& +!I*A&( 222$4$2$ 7'&M+,A&(A )'!DI8II,'& D( &(9IS*(!8 I S*AI,I*A*( 252$4$3$ ;(&I7I)A&(A &(S%()*&II )'!DI8II,'& D( &(9IS*(!8 I S*AI,I*A*( 25

6I6(IOGR!1IE: /4

!"E73 8 DE'E" DE !"'!6(U

Şef catedră, Titular disciplină,Conf. dr. ing. N. Viorel Prof. dr. ing. A. Pavel

Conducător de proiect.

Conf. dr. ing. Gh. Dumitru

2


3/26

1. Tematica proiectului

Se urmăreşte proiectarea din punct de vedere mecanic, la nivel de proiect

tehnic, a unui aparat cilindric vertical de tip „coloană”. Tipul tehnologic al aparatului

este coloană de distilare atmosferică a ţiţeiului. Dimensiunile constructive alecoloanei sunt (vei fig.1!"

# diametrul interior tehnologic Dit"

mm N Dit 44003004100 =+=

# $nălţimea mantalei cilindrice %m:

mm N m 32500103502000 =⋅+=

# $nălţimile tronsoanelor, & la număr, $n care va fi $mpărţită mantaua"

mm

mt t t t #1254

4321 =====

# $nălţimile fundurilor eliptice ale coloanei"

mm D

it f 11004

==

# $nălţimea fustei cilindrice"

mmh 100=

'chipamentul tehnologic interior repreintă talere cu clopoţei amutisaţi. )v$nd $n vedere procesul de distilare atmosferică, parametrii tehnologici principali sunt"

# presiunea interioară"

!Pa N pi 34$01001$024$0 =⋅+=

# temperatura internă ma*imă"

C t i0

3#0=

+ediul tehnologic este unul coroiv, corespunător unei vitee de corodare a

peretelui de reistenţă dean

mmc 16$0=ω , echipamentul urm$nd să aiă o durată de

serviciu h s510=τ .

ona climatică - /ST)S 10101/0#20. ona seismică - /3100#2. Sistemul

constructiv termoiolant este vata minerală.

3


4/26


5/26

. 3lanul tematic

2.1. Prezentarea constructiv-funcţională a aparatelor de tip coloană

)paratele de tip coloană sunt recipiente cilindrice cu diametrul mic

comparativ cu $nălţimea. 4onsiderarea unui utila5 ca aparat de tip coloană, din punct

de vedere mecanic, depinde de velteţea sa, caracteriată de simple*ul dimensional

itech

t

D

, $n care t # $nălţimea totală a utila5ului măsurată de la sol, $n mm, iar itech D #

diametrul interior tehnologic echivalent, $n mm.

6ndependent de tipul procesului fiic sau fiico#chimic care are loc, un utila5

de tip recipient se $ncadreaă $n grupa aparatelor de tip coloană dacă 5>itech

t

D

şi

m t 10≤ , sau orice raportitech

t

D

, dacă m t 10> .

)paratele de tip coloană au ca scop realiarea unui anumit proces fiic sau

fiico#chimic, caracteriat prin parametri de regim determinaţi. Se $nt7lnesc coloane

care lucreaă su vid, la presiunea atmosferică sau supraatmosferică (1#80 at! şi la

temperaturi de 800 - 900 04 (coloane $n instalaţiile de cracare, reactoare şi

generatoare pentru reacţii catalitice, etc.!.

:n industria chimică, $n ma5oritatea caurilor, $n aparatele de tip coloană au

loc procese de transfer de sustanţă (asorţie, desorţie, chemosorţie,

rectificare, e*tracţie, adsorţie fiică!, motiv pentru care ideea de aparat tip coloană

este asociată cu transferul de sustanţă sau de masă.

:n caul proceselor de transfer de sustanţă este necesar un contact intim

$ntre două fae" ga - lichid, lichid - lichid, solid - ga. Spre a asigura timpul de

contact necesar realiării procesului dorit, coloana treuie să aiă o anumită

$nălţime, care este un multiplu al diametrului.

:n ma5oritatea coloanelor pentru procese de transfer de sustanţă sau de

masă, lichidul curge de sus $n 5os, su acţiunea gravitaţiei, iar gaul sau vaporii de

5os $n sus, su acţiunea presiunii. 6nterioarele coloanelor au drept scop crearea şi

mărirea la ma*im a suprafeţei de contact $ntre fae. :n acest scop se umple coloana

cu corpuri de umplere, peste care curge lichidul supus prelucrării sau sepulverieaă lichidul (coloane cu umplutură!. :n alte cauri se compartimenteaă

5


6/26

coloana pe $nălţime, cu a5utorul unor talere, pe care are loc arotarea gaului prin

lichid (coloane cu funcţionare $n regim de arotare!, fie pulveriarea lichidului de

către ga (coloane cu funcţionarea $n regim de picături sau de pulveriare!. :n

coloanele cu umplutură sau cu pulveriare, concentraţia celor două fae variaă

continuu pe $nălţime. :n coloanele cu talere variaţia faelor se face $n trepte, alecăror număr este egal cu cel al talerelor. '*istă şi coloane mi*te, cu umplutură şi cu

talere, de e*emplu $n industria sodei caustice pentru recuperarea 4; şi n aparat de tip coloană este constituit din următoarele părţi principale"

corpul coloanei, inclusiv sistemul de reemare, amena5ările interioare, amena5ările

e*terioare.

)mena5ările sau echipamentele interioare favorieaă transferul de sustanţă,

iar amena5ările e*terioare permit realiarea operaţiilor de $ntreţinere curentă,montarea sau demontarea interioarelor coloanelor. )mena5ările interioare pot fi"

talere, corpuri de umplere, serpentine, iare cele e*terioare" scări, platforme,

podeste, dispoitive de ridicare.

4orpul coloanei se realieaă prin sudare din virole (cilindrice sau cilindrice

şi tronconice! sau se asamleaă din virole (sudate sau turnate! prevăute cu

flanşe.

4oloana se reeamă pe o virolă suport (coloană autoportantă!, pe suporturi

laterale sau este reemată la diverse niveluri. 4orpul coloanei se realieaă din

materiale corepsunătoare condiţiilor de lucru, ţin7nd seama şi de tehnologia de

faricare posiil a fi aplicată.

?rosimea peretelui coloanei $n anumite condiţii de funcţionare (presiuni şi

temperaturi mari! poate a5unge p7nă la 10 mm. :n funcţie de diametrul şi $nălţimea

coloanei, precum şi $n funcţie de valoarea parametrilor de regim, grosimea pereţilor

poate avea valori ce variaă $ntre & şi 10 mm.

:n funcţie de variantele constructive ale amena5ărilor interioare de deoseesc

următoarele tipuri de aparate de tip coloană"

Coloane cu umplutură. )cestea se utilieaă $ndeosei la prelucrarea

sustanţelor agresive sau de mare v7scoitate, c7nd sunt necesare căderi mici de

presiune sau c7nd cantitatea de lichid din coloană este mică. 4oloanele cu

umplutură se utilieaă, de e*emplu, la operaţii de distilare fracţionată $n vid, sau $n

operaţii de fracţionare discontinuă, $n instalaţiile pilot şi semiindustriale şi $n lucrări

de cercetare $n laorator.


7/26

fierere apropiate. >nele coloane cu umplutură, $n care lichidul este pulveriat

servesc la curăţirea, răcirea sau umeirea gaelor.

Coloane cu talere. Sunt utiliate $n industria chimică pentru distilări şi

rectificări, pentru asorţie, e*tracţie, desorţie, reacţii chimice $n sistem eterogen

ga - lichid şi lichid - lichid, etc. Transferul de sustanţă la aceste coloane are loc $n ona de spumare ce se oţine ca urmare a arotării vaporilor sau gaului prin

lichidul de pe taler. Dispersarea faelor de pe taler este uniformă. @aţă de coloanele

cu umplutură, coloanele cu talere au următoarele deavanta5e" căderi de presiune

mai mari, construcţie mai complicată, preţ de cost mai mare şi $ntreţinere mai

pretenţioasă.

Coloane cu rafturi şi cu şicane. 4oloanele cu rafturi $n cascadă se utilieaă

$n general la răcirea şi umeirea gaelor, sau la asorţia gaelor care se diolvăuşor $n lichide. 'le cunt mai economice dec7t coloanele cu umplutură din punct de

vedere al consumului de apă, au $nsă gaarite mai mari dec7t coloanele acestea.

Coloane cu sisteme de injectare a vaporilor prin lichid. +ărirea deitelor

coloanelor de rectificare şi de adsorţie se poate face pe două căi" prin mărirea

diametrului coloanei, sau prin utiliarea unor amena5ări interioare care să permită

mărirea viteei vaporilor şi a deitului de lichid. Sistemele de in5ectare a vaporilor $n

vederea intensificări transferului de masă permit mărirea deitului şi realiarea unor

construcţii compacte.

Coloane cu elemente tubulare. Se utilieaă numai pentru operaţii de transfer

de masă $nsoţite sau nu de transfer de căldură.

Coloane cu elemente rotative. >nele aparate de tip coloană sunt prevăute cu

elemente rotative" arori cu amestecătoare sau cu discuri. Aa operaţiile de e*tracţie

lichid - lichid continue, intensificarea transferului de masă se poate oţine prin

turulenţa care reultă din amestecarea sau agitarea lichidelor.

2.2. Calculul mecanic de predimensionare

..1. Datele tehnice• mm m 32500=

• mm Dit 4400=

• !Pa pi 34


8/26

• h s510=τ

• 3000

m

N p =γ

... )legerea materialelor.

Se face $n aa prescripţiei tehnice 3T 6S46B 4= pentru alegereamaterialelor, care se referă la preciarea corectă a tipurilor de materiale ($n special

oţeluri! şi a mărcilor de oţeluri standardiate utiliate $n construcţia de recipiente

su presiune staile, calde şi reci, conductelor sau elementelor tuulare.

4onsider7nd C t i0

3#0= C 04.5< şi 22 #506


9/26

=⋅=⋅=

21.


10/26

10


11/26

aσ - reistenţa admisiilă, $n


12/26

t c s s < - semnificaţia de la ..=..t s@ # grosimea de adaos tehnologic pentru compensarea suţierii talei prin

amutisare, mm s t 5


13/26

• >?#?232


14/26

• ?reutatea fundului elipsoidal"

•

( ) ( )

( ) ( ) >?604?506?21#?.


15/26

>2?50


16/26

>?200?31A>6"

>?32


17/26

este modelată pentru o forţă seismică gloală echivalentă s * , care se mai numeşte

forţă tăietoare de aă.

3otrivit normativului 3100#1"009, e*istă metode de proiectare a structurii la

acţiunea seismică" metoda , şi metoda ,/.

0etoda , este metoda curentă de proiectare şi este oligatorie pentru toatestructurile amplasate $n one seismice. :n metoda „)” calculul structurii se

efectueaă $n domeniul static de solicitare, materialul şi structura $n ansamlu fiind

considerată că lucreaă $n domeniul elastic.

( )>?'N !

+

T a * c g i s ⋅⋅⋅⋅= λ

β γ

iγ - coeficient de importanţă a structurii şi se determină $n funcţie de clasa de

importanţă a structurii. 3otrivit 3100#1"009 e*istă & clase de importanţă, preentate $n taelul "

&abelul 2.1. alorile coeficientului de importanţă iγ .

4lasa de

importanţă 6 66 666 6Jiγ 1,& 1, 1,0 0,G

:n clasa 66 de importanţă se admit avarii, dar acestea treuie sa fie limitate, astfel

$nc7t să nu se producă pierderi de vieţi omeneşti. :ncadrăm structura de proiectat $n

clasa a 66#a de importanţă, reultă 2


18/26

+ - coeficient de comportare a structurii, ce ţine seama de aptitudinea unei structuri

de a răspunde la acţiunea seismică prin $nsumări repetate $n domeniul plastic. 2=+

(taelul ..!

&abelul 2.2. alori ale factorului + pentru structuri metalice

4≥+ $nalt ductilă %42 ?03$2.54.


19/26

1


20/26

K :nălţimile tronsonelor $n care este $mpărţită coloana"

>?03?12?.5?02


21/26

( ) >?1.

.5?03$2.541.2#


22/26

22


23/26

=

⋅⋅=

⋅⋅=

246?1054


24/26

.&.. @ormularea condiţiilor de reistenţă şi stailitate

+anta.

4onsider7nd doar momentul $ncovoietor seismic, conform teoriei 6, condiţia de

rezistenţă se formuleaă astfel"a

i

mmech σ ϕ σ σ σ σ ⋅⋅≤=== ∑ ?

≤+−

cr

! ! !

m

s

Gi

m

σ

σ

σ

σ

Sistemul de reemare"4onform teoriei 6, condiţia de rezistenţă se formuleaă astfel"

ammech σ ϕ σ σ σ σ ⋅⋅≤===

−2


25/26

1321


26/26

6A6;?B)@6'"

1. 3avel, )., Joicu, 6., Biea, A., +ateescu, 4. - parate de tip coloană. 7ndrumător

pentru proiect de an, 3loieşti, institutul de petrol şi gae, 12G0.

2. 3avel, ). - !lemente de in3inerie mecanică şi 4ntreţinerea utilajelor tehnolo3ice

petrochimice8 ol.98 fasc. 99 , 3loieşti, 6nstitutul de petrol şi gae, 12C9.

%. 3avel, ). - !lemente de in3inerie mecanică şi 4ntreţinerea utilajelor tehnolo3ice

petrochimice8 ol. 998 fasc. 98 3loieşti, 6nstitutul de petrol şi gae, 12CC.

+. 3avel, ). - Consideraţii privind ale3erea rezistenţei admisibile la proiectarea

aparatelor şi utilajelor pentru rafinării de petrol8 uzine chimice şi uzine

petrochimice8 9n6 Petrol şi 3aze8 vol. 1'8 nr.:8 1;'(8 p.%;;-+#'.

(. Benert, +. - Calculul şi construcţia utilajului chimic8 vol. 9 şi vol.99 , ucureşti,

'ditura didactică şi pedagogică, 12C2.

'. LMNOPQOR, . . O UV. - ?@A B DE>AFGBFDH=EBI =JJ=F=AGFK

EILAIJIFIF=M=AKH=NOB Q=HDRDH, WXYQZM, [\UVM, 1298].

:. ^MY_O`YQOR, .., bM_O`YQOR, .. - >EDHK DE>AFGBFDH=EBT B F=>?@A=

BUB?I>DV =JJ=F=AGFK , ̂ \`O`]VMU, WMO`XYVX\`O\, 12C0].

proiectarea din punct de vedere mecanic a unei coloane de distilare atmosferica

Documents