Технико-экономическое обоснование рафинации рапсового масла

 

 

Материальный баланс  стадии сушки

Содержание влаги в промытом масле составит х1=0,18%. Влажность высушенного масла х2=0,05%. Выход высушенного масла:

Gвыс.= Gпр*(100-0,18)/(100-0,05),кг.                                                        (2.18.)

Gвыс.=

Количество влаги испаренной при сушке:

Wисп.= Gпр- Gвыс, кг.                                                                               (2.19.)

Wисп.= 73124,8-=95,1 кг.

Материальный баланс  стадии сушки  представлен в таблице 2.9.

Таблице 2.9. Материальный баланс  стадии сушки.

приход			расход
компонент	Кг/ц	%,мас	компонент	Кг/ц	%, мас
Промытое масло	73124,8	100	Высушенное масло		100
			Испаренная влага	95,1	100
итого	73124,8		итого	73124,8

 

 

Сводный материальный баланс процесса рафинации рапсового масла приведен в таблице 2.10.

Таблице 2.10. Сводный материальный баланс процесса рафинации рапсового масла.

приход			расход
компонент	Кг/ц	%,мас	компонент	Кг/ц	%, мас
Нерафинированное масло	75020	96,1	Сухое рафинированное масло		93,6
конденсат	1125,3	1,4	гидрофуз	1575,4	2
Раствор щелочи:		0,6	соапсток	1503	1,9
Раствор соли:	1500	1,9	Промывной раствор	1740,9	2.3
			Нейтральный жир		0,1
			Испаренная влага	95,1	0,1
итого	78035,9	100	итого	78035,9	100

 

  

2.9 Технико-технологические  расчеты

 

2.9.1. Расчет нейтрализатора позиции 5

Технологический расчет

Технологический расчет нейтрализатора сводится к определению массового количества продукта, загружаемое на одну операцию

По данным действующей установки количество нейтрализаторов: п = 4

Техническая характеристика  установленного нейтрализатора:

Полная ёмкость: Vп = 15,7 м3;

Внутренний диаметр аппарата: D =2,3 м;

Поверхность нагрева: F= 11,8 м2;

Мощность привода:  N = 2,8 кВт;

Аппарат снабжён рубашкой, давление в рубашке: 0,2 МПа;

Производительность в циклах: P =  75020 кг;

Процесс периодический, полный цикл нейтрализации 8,5 час , в сутки выполняется на одном аппарате  две операции, а = 2 . Фонд рабочего времени 335 суток. Плотность исходного продукта ρ = 860 кг/м3.

Рабочая ёмкость аппарата:  

Vр = Vп ×φ, м3

Vр= 15,7× 0,8 = 12,56 м3,

Где φ = 0,8 -  коэффициент  заполнения аппарата;

Массовое количество продукта, загружаемое на одну операцию:

G= Р×п, кг

G = 75020 /4 = 18755 кг

Механический расчёт

Выбор материала корпуса.

Марку стали выбирают  в зависимости от свойств перерабатываемой среды. Согласно таблице коррозионной стойкости материалов для щелочной среды   выбираем марку стали 35ХМ, которая к данной среде устойчива к коррозии и наиболее  дешёвый металл. Нормативное допускаемое напряжение для данной стали возьмем при 30°С = 230 МПа. (таблицы 7,8).

     Толщину стенки  цилиндрической части корпуса, нагруженного избыточным внутренним давлением определяют по формуле:

     мм                                                                                  (2.20) [9, c.213]

Где Р = 0,2 МПа – внутренне давление в аппарате

D = 2300  - внутренний диаметр аппарата

Примечание при расчёте аппаратов работающих под атмосферным давление и содержащих пожаровзрывоопасную среду расчётное давление принимается 0,2 МПа.[7,]

    Для стыковых  и тавровых двусторонних швов, выполняемых автоматической сваркой, коэффициент прочности сварного  шва  .

Прибавка на коррозию С определяется по формуле:                           

    

                                                                                                       (2.21)

где V - скорость коррозии (для нестойких металлов принимают не менее 0,2 мм/год), Т - срок службы аппарата (обычно принимают 10-15 лет).

    мм

Округляем полученное значение до ближайшей стандартной толщины стенки листа   S= 4 мм.

Допускаемое внутренне избыточное давление определим по формуле:

    [P] = , MПа                                                                       (2.22)

    [P]=  = 0,225 МПа.

Определяем толщину стенки конического приварного днища

Толщину стенки конического отбортованного днища с углом при вершине а = 900 рассчитываем следующим образом

Определяем толщину стенки цилиндрической части днища по формуле:

    мм                                                                                                             (2.23)

где: y –коэффициент формы днища, который выбирают по таблице 10 в зависимости от угла a,и отношения , при D = 1600 – 3000 мм, Rs = 200 мм.

    = =   0,087 , находим, интерполируя  y = 2,4

    , мм

Определяем толщину стенки конической части днища по формуле:

    , мм                                                                                      (2.24)

Где Р- рабочее давление в аппарате; [σ] – допускаемое напряжение для материала крышки; а1 – половина угла при вершине конического днища.

а = 900 – угол при вершине конического днища.

Расчётный диаметр:

     Dp = D –2[Rd ∙(1 - cosa1) + , мм,                                                (2.25)

Где D = 2300 – диаметр корпуса;

     Dp = 2300 –2[200∙(1- cos450 ) + 2067,74 мм

     = 1,59 мм.

Из двух значений,  полученных по этим формулам принимают большее. Принимаем:

     S = 1,59 + 2,0 =  3,59 мм

Принимаем стандартное значение толщины стенки s = 4 мм.

Коническое днище нагружено внешним давлением, необходимо полученное значение толщины стенки проверить на устойчивость.  Допускаемое давление из условия пластичности находим по формуле:

     [р]р = , МПа                                                                                  (2.26)

     [р]р=  = 0,28 Мпа

Допускаемое давление из условия устойчивости находим по формуле:

    , МПа                                                            (2.27)

    = 1626,3 мм

    = 1626,3 мм

     Где Е = 1,99∙105 МПа – модуль упругости;

     = 1,4925∙1,0∙0,039 = 0,058 МПа

Допускаемое наружное давление с учётом обеих условий:

МПа                                                                                             (2.28)                                    

 МПа

 

Условие надежной эксплуатации (0,116 МПа < 0,2 МПа) не выполнено.  Увеличиваем толщину стенки днища до 8 мм. Проверим условие прочности и устойчивости:

[р]р = =  = 0,846 МПа

= 1,4925∙1,0∙0,108 = 0,16 МПа

     МПа

Условие надежной эксплуатации (0,33 МПа > 0,2 МПа)  выполнено.

Определяем толщину стенки аппарата при нагружении его наружным давлением из рубашки.

Расчётная толщина стенки определяется по формуле:

     , мм                                                                                                                  (2.29)

Где [ σ] – допускаемое напряжение для материала корпуса; Р = 0,2 МПа – рабочее давление в аппарате;D= 2300 мм – внутренний диаметр аппарата;

    мм

Принимаем толщину стенки с учётом прибавки на коррозию и округляя до стандартной принимаем: sR =  5,0 мм.

Допускаемое наружное давление из условия прочности и устойчивости определяем по формуле:

, МПа                                                                                                (2.30)

Где  [P]p   - допускаемое давление из условия прочности; [P]E - допускаемое давление из условия устойчивости;

В пределах упругих деформаций находим:

, МПа                                                                                           (2.31)

 Где: [σ] – допускаемое напряжение для материала корпуса; С- прибавка на коррозию, мм; S – исполнительная толщина стенки;

 МПа 

      Допускаемое  давление из условия устойчивости  в пределах упругих деформаций  находим по формуле:

                                                                         (2.32)

     Где Е – модуль упругости (таблица 9); nu = 2.4 – коэффициент запаса для рабочих условий;lR – расчётная длина обечайки;

Расчётную длину обечайки для корпуса типа ВКП определяем по формуле:

мм                                                                (2.33)

 мм                                    

где nu - коэффициент устойчивости (для рабочих условий nu = 2,4); НD = 1300  - высота конического  днища, мм; hц = 60 мм– высота отбортовки, мм (таблица 5); l =  3500 мм – длина цилиндрической части аппарата; Rs = 200 мм.

  1,5 ∙0,546∙0,006 = 0,0049 МПа                                                                            МПа    

Условие надежной эксплуатации (0,054 МПа < 0,2 МПа) не выполнено.  Увеличим толщину стенки обечайки до s = 8 мм. Определим допускаемое напряжение при этих условиях.

 МПа

   1,5 ∙0,546∙0,35 = 0,287 МПа

МПа                    

Условие надежной эксплуатации (0,28 МПа > 0,2 МПа) выполнено. Окончательно принимаем толщину стенки обечайки s = 12  мм.

Расчет элементов рубашки.

Материал рубашки ВСт3, допускаемое напряжение при температуре 500С:[σ]= 133 МПа Толщину стенки цилиндрической части рубашки определяют по формуле:             мм                                                                                                    (2.34)

Диаметр рубашки принимаем на 100 мм больше внутреннего диаметра аппарата.

мм

Примем S= 4 мм.

Расчёт плоской крышки.

Толщину стенки плоской крышки в средней части рассчитываем по формуле:

мм                                                                                                       (2.35)

S1 = SR + c, мм                                                                                                                   (2.36)

Где К =0,5 – коэффициент;DR– принимается равным среднему диаметру прокладки;[σ]– допускаемое напряжение для материала корпуса и крышки;

DR = 0,5∙  ( 2344 + 2313) =  2328,5  мм

мм

S1 = 34,33 + 2=  36,33 мм

Принимаем  S1 = 40 мм

Толщина крышки в месте установки прокладки составляет:

S2 = 0,8∙S1 = 0,8∙40 = 32  мм

Опоры аппарата.

Химические аппараты устанавливают на фундамент или специальные несущие конструкции с помощью опор. Стандарт предусматривает три типа опор.   Для аппаратов с эллиптическими днищами применяют опоры  по типу 1.                                             [8, с.13]

Принимаем количество опор: Z = 4

Определяем вес металла, из которого изготовлен аппарат:

G1 = 1,1 ∙ F  ∙ S  ∙ nм, кН                                                                                                    (2.37)

Где F =  28,2 м2 – площадь внутренней  поверхности аппарата; S = 8,0 мм = 0,08 м  - исполнительная толщина стенки аппарата; n = 78,5 кН/м3 – удельный вес металла; Коэффициент 1,1 учитывает вес фланцев, штуцеров и т.д.

G1 = 1,1 ∙ 28,2 ∙ 0,08 ∙78,5 =  194,8 кН.

Определяем вес металлоконструкций по формуле:

G2 = 0,5∙ G1 = 0,5∙ 194,8  = 97,4 кН.                                                                               (2.38)

Определяем максимальную нагрузку на одну опору:

Qрас = l = 1 =   73,05 кН                                                  (2.39)

где: z = 3 – число опор;l = 1 ( при z =2 и 3) коэффициент распределения нагрузки.

По таблице 2.11  принимаем опору с нагрузкой  Q = 100 кН,  так как расчётная нагрузка Qрас = 73,05 кН.

Геометрические размеры опор определяем по таблице 2.12  

Таблица 2.12 Основные размеры опор (лап) для вертикальных аппаратов, ГОСТ 26-665-79.

Q, кН	а	а1	в	С	С1	h	h1	S	К	K1	d	dб	fмах
100	250	210	310	45	160	230	30	8	25	40	24	М36	80