Конструктивный расчет

Примем ориентировочно диаметр колонны равным 3800 мм (по данным действующего производства).

Отсюда

Высота слоя

В условиях процесса скорость подачи воздуха

Линейная скорость воздуха

Допустимая скорость движения смеси паров и газов, покидающих окислительную колонну равна 0,3 м/с.

Расчеты скорости воздуха - 0,025 м/с, т.е. не превышают допустимые значения, поэтому принятые параметры колонны можно считать правильными.

Определим объем газов, покидающих колонну.

Объем газов окисления по формуле[13]:

(69)

где – объемный выход газов окисления, м³/с;

– объемный выход диоксида углерода, м³/с;

– объемный выход кислорода, м³/с;

– объемный выход паров воды, м³/с;

– объемный выход углеводородных газов, м³/с;

- объемный выход отгона, м³/с;

- объемный выход воздуха, м³/с.

Объемный выход каждого газа определим по общей формуле[12]:

(70)

где V_i – объемный выход соответствующего газа, м³;

G_i – массовый выход соответствующего газа, кг/ч

M_i – молекулярная масса соответствующего газа, кг/кмоль.

Отсюда

Тогда общий объем газов окисления составит

Определим объем газов с учетом температуры процесса по формуле:

где V_t – объем газов с учетом температуры процесса, м³/ч;

t_пр – температура процесса, равная 250ºС;

t₀ – абсолютная температура газов при н.у., К.

Определим диаметр расширенной части колонны по формуле[13]:

(72)

где d – диаметр расширенной части колонны, м;

ω – скорость газов, примем равной 0,026 м/с.

Принимаем стандартный диаметр расширенной части колонны 6000 мм.

Расчет диаметра штуцеров

Штуцер для подачи гудрона

υ жидкости при движении в трубопроводах принимаем равное 1 м/с.

Штуцер для вывода битума

Штуцер для подачи воздуха

υ газа при большом давлении принимаем равное 25м/с.

Штуцер для вывода газов окисления

υ газа при не большом давлении принимаем равное 15.

В зависимости от диаметра колонны выбираем стандартные конструктивные элементы - днище и крышку аппарата.

Для нижней части колонны (диаметр 3800 мм) подбираем днище эллиптическое отбартованное со следующими характеристиками:

­ внутренний диаметр - 3800 мм;

­ масса днища - 2844 кг;

­ толщина металла днища - 18 мм;

­ высота борта днища - 50 мм;

­ высота эллиптической части днища - 950 мм;

­ внутренняя поверхность днища - 103 м².

Так как стандартных эллиптических крышек с внутренним диаметром 6000 мм нет, то принимаем к проектированию круглую сварную крышку радиусом 3000 мм. Таким образом, внутренний диаметр крышки будет равен 6000 мм.

Определим общую высоту колонны по формуле[17]:

(80)

где Н_к – общая высота колонны, м;

Н_н – высота нижней части колонны с диаметром 3800 мм, м;

Н_в – высота верхней части колонны, м;

Н_д – высота днища, м;

Н_кр – высота крышки, м;

Н_кп – высота конического перехода, м;

Н_о – высота опоры, м.

Определим высоту нижней части колонны с диаметром 3800 мм по формуле[17]:

(81)

где Н_сл - высота реакционного слоя, равная 15,880 м;

0,8 - запас высоты для предотвращения «захлебывания» колонны, м.

Тогда

Определим высоту верхней части колонны с диаметром 6000 мм по формуле[11]:

(82)

Конический переход представим в виде равнобедренной трапеции и разобьем ее на прямоугольник и два прямоугольных треугольника, катеты которых обозначим буквами а и b (см. рисунок 7). Из чего следует, что сторона а = 1100 мм. Из теоремы следует, что напротив угла в 30 находится сторона в два раза меньше по отношению к стороне находящейся напротив угла 60°. Согласно этому утверждению b = 2200 мм. Следовательно высота конического перехода равна 2200 мм.

Высоту опоры (Н_о) принимаем равной 2000 мм. Отсюда общая высота колонны будет равна