分离甲醇、 水混合物的板式精馏塔设计_化工原理课程设计.doc

课 程 设 计设计题目分离甲醇、水混合物的板式精馏塔设计学生姓名学 号专业班级化工工艺10-04指导教师 2013年7月25日合肥工业大学课程设计任务书设计题目分离甲醇、水混合物的板式精馏塔设计成绩课程设计主要内容设计任务：设计一座分离甲醇、水混合物的连续操作常压精馏塔1. 生产能力：100000吨精甲醇/年；原料组成：甲醇70wt%，水 30 wt %；产品组成：甲醇wt 99.9%；废水组成：水99.5 wt %；2. 。操作条件：（1） 泡点进料，回流比需优化。（2） 全塔压降：0.011mpa；（3） 塔釜加热蒸汽压力：间接0.2mpa（表压），直接0.1mpa（绝压）。（4） 塔顶全凝器冷却水进口温度20。（5） 常压操作。年工作日300320天，每天工作24小时。（6） 设备形式（筛板塔、浮阀塔、泡罩塔等）自选。（7） 安装地点：安庆任务来源：中国石油化工股份有限公司安庆分公司设计主要内容：工艺流程的确定，工艺流程采用计算机aspen软件模拟设计，塔和塔板的工艺尺寸计算，塔板的流体力学验算及负荷性能图，辅助设备的计算与选型，主体设备的机械设计。设计结果：1. 设计说明书一份。2. 主体设备总装图一张（1#图纸），带控制点工艺流程图（3#图纸）一张。指导教师评语建议：从学生的工作态度、工作量、设计（论文）的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。签名： 2013年 月 日目录中文摘要1英文摘要1第一章 绪论31.1精馏原理及其在化工生产上的应用31.2精馏塔对塔设备的要求31.3塔板的类型与选择31.4塔设备的选择因素4第二章 流程的确定和说明52.1设计思路52.2设计流程52.3工艺草图5第三章 塔的工艺设计73.1工艺计算73.1.1料液及塔顶，塔底产品含甲醇摩尔分数73.1.2 物系说明73.1.3 回流比、塔板数及进料板93.1.4 各物理性质的计算203.1.5全塔效率及实际塔板数233.2塔和塔板主要工艺尺寸计算233.2.1塔径233.3塔板布置和其余结构尺寸的选取263.3.1 溢流装置的确定263.3.2 弓形降液管的宽度与降液管的面积273.3.3降液管底隙高度283.3.4 安定区与边缘区的确定293.3.5 鼓泡区间阀孔数的确定以及排列303.4塔板流体力学计算323.4.1 气相通过浮阀塔板的压降323.4.2 淹塔333.4.3 雾沫夹带343.5 塔板负荷性能图363.5.1雾沫夹带线363.5.2液泛线373.5.3 漏液线393.5.4液相负荷下限393.5.5液相负荷上限393.6塔板布置与附属设备的计算403.6.1进料管403.6.2回流管413.6.3塔釜出料管413.6.4再沸器蒸汽进口管413.6.5塔釜蒸汽进气管423.6.6简体与封头423.6.7除沫器433.6.8裙座433.6.9吊柱433.6.10法兰443.7塔总体高度的设计443.7.1塔总高（不包括群座）443.7.2有效高度453.8附属设备的设计453.8.1 塔顶全凝器的计算及选型453.8.2塔底再沸器面积的计算及选型503.8.3预热器模拟503.8.4离心泵的选择533.9机械设备设计563.9.1质量载荷563.9.2风载荷和风弯矩573.9.3塔体的强度及轴向应力计算573.9.4裙座的强度及稳定性的验算583.9.5水压试验时塔的强度和稳定性验算583.9.6裙座基础环设计583.9.7地脚螺栓强度设计593.10 aspen全流程模拟603.10.1流程绘制603.10.2参数设置613.10.3模拟结果查62第四章 总结644.1 心得体会644.2主要符号说明654.3参考文献67甲醇水浮阀塔精馏工艺摘要： 本设计是将甲醇-水混合物采用精馏的方法分离进行提纯或回收有用组 分。本设计是以浮阀塔为精馏设备分离甲醇水混合溶液。首先确定了总 体的设计方案和工艺流程图，之后利用aspen 求出回流比1.29和理论塔 板数26块，模拟预热器，泵，确定蒸汽的参量。然后对塔和塔板的工艺 尺寸进行计算,确定了塔高为39.57m，塔径2.2m。对塔的流体力学进行验 证后，符合筛板塔的操作性能。经过对塔设备的强度计算，壁厚 5mm，满足设计要求。并进行了塔设备图及车间布置图的绘制。关键词: 甲醇，精馏、浮阀塔、aspen模拟、核算abstract: this design aims to methanol-water mixture used to carry on the purification method distillation separation or recycled useful components. this design uses a tower for the distillation equipment to separate methanol-water mixture. first make sure the overall design and process flow diagram, using aspen work out after the reflux ratio of 1.29 and theoretical tower plate number 26 pieces, and then the tower and the tower of the plate size calculation process, determine the high tower for 39.57 m, 2.2m diameter tower. to verify the tower of fluid mechanics, accord with screen panel of the tower of operation performance. after the tower equipment strength calculation, wall thickness 5 mm, meet the design requirements. and the tower equipment diagram and the drawing of workshop layout.keywords: methanol, distillation, distillation tray, aspen imitate, check computation 甲醇水筛板塔精馏工艺设计第1章 绪论1.1精馏原理及其在化工生产上的应用生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝是同时进行的。对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液(气相冷却而成)是沸点低的b物质，而残液是沸点高的a物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。1.2精馏塔对塔设备的要求 设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下： 一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。 二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 五：结构简单，造价低，安装检修方便。 六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。1.3塔板的类型与选择1.3.1泡罩塔板 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其主要元件为升气管及泡罩。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形与条形两种。国内应用较多的是圆形泡罩。泡罩尺寸分为80mm、100mm、150mm三种，可根据塔径的大小来选择，通常塔径小于1000mm，选用80mm的泡罩；塔径大于2000mm，选用150mm的泡罩。泡罩塔板的优点是操作弹性较大，液气比范围大，不易堵塞，适于处理各种物料。其缺点是结构复杂，造价高；板塔液层厚，塔板压降大，生产能力及塔板效率较低。 1.3.2浮阀塔 浮阀塔是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的优点。其结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。气流从浮阀周边水平得进入塔板上液层，浮阀可以根据气流流量的大小而上下浮动，自行调节。浮阀的类型很多，国内常用的有f1型v-4型及t型等，其中f1型浮阀应用最为普遍。浮阀塔板的优点是结构简单、操作方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力大；由于阀片随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高，其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。1.3.3筛孔塔板筛孔塔板简称筛板，结构特点为塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径筛板（孔径为38mm）和大孔径筛板（孔径为1025mm）两类。工业上一小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合（如分离粘度大、易结焦的物系）。筛板的优点是结构简单，造价低；板上液面落差小，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理粘度大的、易结焦的物料。尽管筛板传质效率高，但若操作和设计不当，易产生漏液，湿的操作弹性减小，传质效率下降。1.4塔设备的选择因素 塔的选择因素很多，主要有物料性质、操作条件、塔设备的制造安装和维修等。精馏的设计包括设计方案的选定、主要工艺计算、绘制负荷性能图等。理论塔板数精馏段23块，提馏段3块。本设计选用了浮阀塔。选择泡点进料的原因：在供热量一定的情况下，热量应尽可能从塔底输入，使产生的气相回流在全塔发挥作用。为使塔的操作稳定，免受季节气温影响，精、提馏段采用相同塔径以便于制造，则常采用泡点进料。加热方式的选择：采用间接蒸汽加热，设置再沸器。回流比的选择：主要从经济观点出发。第2章 流程的确定和说明2.1设计思路首先，甲醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入甲醇的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成甲醇和水的分离。2.2设计流程 一整套精馏装置应该包括精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。甲醇水混合液原料经预热器加热到泡点温度后送入精馏塔进料板，在进料板上与自塔上部下降的的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品，部分液体气化，产生上升蒸汽，一起通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝，并将部分冷凝液送回塔顶作为回流液，其余部分经冷凝器冷凝后送出作为塔顶产品，经冷凝器冷却后送入贮槽。塔釜采用再沸器加热。塔底产品经冷却后送入贮槽。2.3工艺流程图图2.3.1 工艺流程图第3章 塔的工艺设计3.1工艺计算 3.1.1料液及塔顶，塔底产品含甲醇摩尔分数 f：原料液流量 xf:原料组成（摩尔分数，下同） d: 塔顶产品流量 xd:塔顶组成 w: 塔底残液流量 xw:塔底组成 3.1.2 物系说明本设计的任务为分离甲醇-水二元混合物，采用连续精馏流程。查得甲醇-水气液平衡数据如下表表3.1 甲醇-水气液平衡数据温度（）甲醇占液相摩尔分数（%）甲醇占气相摩尔分数（%）1000092.95.3128.3190.37.6740.0188.99.2643.538513.1554.5581.620.8362.737828.1867.7576.733.3369.1873.846.277.5672.752.9279.7171.359.3781.837068.4984.926885.6289.6266.987.4191.9464.7100100由以上平衡数据，结合aspen plus软件，绘出气液平衡图，见图3.1所示图3.1.1 常压下甲醇-水溶液的x-y图由图可知，甲醇-水物系相对挥发度在设计范围内变化较大，其分离设计既不能采用平均相对挥发度的方法，也不适合采用误差较大的图解法(塔顶组成接近1和塔底组成接近0，在此附近画图很不准确)，故本设计选择采用aspen plus进行模拟及优化。 3.1.3 回流比、塔板数及进料板 在aspen plus中先用dstwu模型对本装置进行简捷计算模拟，物性方法选择nrtl-rk 1流程图的绘制图3.1.2 dstwu模块流程 2 参数布置 图3.1.3 组分输入 图3.1.4 物性方法选择 图3.1.5 物流f输入图3.1.6 输入模块（dstwu）参数 图3.1.7 dstw简捷计算结果 图3.1.8 生成回流比随理论板数变化表图3.1.9 回流比随理论板数变化表图3.1.10 回流比与理论塔板数关系曲线 合理的理论板数应该在曲线斜率绝对值较小的区域选择，由图可以选择26块塔板 由选取的塔板数来确定进料位置图3.1.11 模块参数输入图3.1.12 dstwu简捷计算结果 精馏过程主要采用严格精馏模拟设计 1 流程图的绘制图3.1.13 radfrac模块流程 2参数设置图3.1.14 物流f输入图3.1.15 输入模块（radfrac)参数图3.1.16 输入模块（radfrac）进料位置 模拟结果图3.1.17 各塔板组分图由图可以查看得到在第23块塔板甲醇的质量分数与进料甲醇的质量分数接近，所以进料板选择在第23块塔板图3.1.18 进料板位置输入图3.1.19 模块结果查由于模拟结果产品的质量分数低于要求的质量分数，则通过design specs来规定塔的操作要求图3.1.20 规定产品的质量纯度为99.92%图3.1.21 规定操纵变量图3.1.22查看物流结果 3.1.4 各物理性质的计算 1 温度 利用aspen严格模拟精馏过程可知，塔顶温度td进料板温度tf 塔釜的温度 tw 精馏段平均温度： 提馏段平均温度： 2 操作压强 塔顶压强：pd=0.12mpa 取每层塔板压降:p=0.48 kpa 进料板压力: 0.1306mpa 塔釜压力:0.132mpa 精馏段的平均操作压强: 提馏段的平均操作压强: 3 相对挥发度 由软件aspen模拟求得： 全塔的相对平均挥发度： 精馏段： 提馏段： 4 平均摩尓质量： 塔顶： 进料板： 塔底： 精馏段平均摩尔质量： 提馏段平均摩尔质量： 5 平均密度的计算： 气相平均密度的计算： 塔顶气相密度 进料位置气相密度 塔底气相密度 液相平均密度的计算： 塔顶液相密度 进料处液相密度 塔底液相密度 精馏段平均密度： 提馏段平均密度： 6 体积流率的计算 精馏段气液相体积流率： 精馏段液相体积流率： 提馏段气液相体积流率： 提馏段液相体积流率： 3.1.5全塔效率及实际塔板数 总板效率的计算 精馏段 0.3212 精馏段实际板数： 取49块 提馏段 ， 提馏段实际板数： 取8块 总板数n=57块3.2塔和塔板主要工艺尺寸计算 3.2.1塔径由aspen软件模拟得出塔径过程如图所示图3.2.1 输入板式塔结构参数图3.2.2查看板式塔结果图3.2.3 输入板式塔结构参数图3.2.4 查看塔板校核结果由结果可以看到最大液泛因子0.7小于0.8，且最大降液管液位0.275在0.2-0.5之间3.3塔板布置和其余结构尺寸的选取 3.3.1 溢流装置的确定 单溢流又称直径流，液体自液盘横向流过塔板至溢流堰，流体流径较大，塔板效率高，塔板结构简单，加工方便。工业中应用最广的降液管是弓形降液管。综合考虑各方面因素，本设计体系采用单溢流，弓形降液管。 溢流堰长 出口堰高 查流体收缩系数图得：e=1.025 选用平直堰，堰上液层高度由下式计算图3.3.1流体收缩系数 精馏段： 出口堰高 又 所以 提馏段： 出口堰高 3.3.2 弓形降液管的宽度与降液管的面积 因为，查得 所以 验算降液管内停留时间： 精馏段： 提馏段： 停留时间，故降液管可使用。 3.3.3降液管底隙高度 降液管底隙高度可用下式计算： 液体通过降液管底隙的流速，m/s；一般可取0.070.25m/s。 降液管底隙高度应低于出口堰高度才能保证降压管底端有良好的液 封，一般应低于6mm，即：。 降液管底隙高度一般不宜小于2025mm，否则易于堵塞，或因安装偏差而使 液流不畅，造成液泛。在设计中，塔径较小时可取为2530mm，塔径较大时可取 为40mm左右，最大可达150mm。 精馏段： 取降液管底隙的流速 则 提馏段： 取降液管底隙的流速 则 3.3.4 安定区与边缘区的确定 取安定区宽度 边缘区宽度 弓形降液管宽度 3.3.5 鼓泡区间阀孔数的确定以及排列 采用型重阀，孔径为39mm。 取阀孔动能因子 取边缘区宽度 计算塔板上的鼓泡区面积，即： 其中 所以 浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一个横排的孔心距t=75mm 精馏段 孔速 每层塔板上浮阀数目为： 取584块 排间距： 考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板。而各分块的支撑和衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用72.34mm。而应取小一些，故取。 按t=75mm，以等腰三角形叉排方式作图，得阀孔数个 按n=533重新核算孔速及阀孔动能因数： 孔速 阀动能因子变化不大，且仍在913范围内。 每层板上的开孔面积 提馏段 每层塔板上浮阀数目为： 取531块 排间距： 考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板。而各分块的支撑和衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用79.57mm。而应取小一些，故取。 以等腰三角形叉排方式作图，得阀孔数 按n=504重新核算孔速及阀孔动能因数： 孔速 阀动能因子变化不大，且仍在913范围内。 每层板上的开孔面积3.4塔板流体力学计算 3.4.1 气相通过浮阀塔板的压降 气体通过浮阀塔板的压力降（单板压降） 精馏段 干板阻力： 浮阀由部分全开转为全部全开时的临界速度为。 故： 板上充气液层阻力： 取 液体表面张力所造成的阻力： 此阻力很小，可忽略不计，因此与气体流经塔板的压降相当的高度为： 提馏段 干板阻力： 浮阀由部分全开转为全部全开时的临界速度为。 故： 板上充气液层阻力： 取 液体表面张力所造成的阻力： 此阻力很小，可忽略不计，因此与气体流经塔板的压降相当的高度为： 3.4.2 淹塔 为了防止淹塔现象，要求塔板压降所相当的液柱高度： 精馏段 单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度： 液体通过降液管的压头损失： 提馏段 单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度： 液体通过降液管的压头损失： 3.4.3 雾沫夹带 板上液体流经长度： 板上液流面积： 特性系数k查下表，k取1.0. 式中: ll板上液体流经长度，m; ab板上液流面积，m2 ； cf泛点负荷系数，由图查得泛点负荷系数取0.098 k特性系数，查下表，取1.0.系统物性系数k无泡沫，正常系统氟化物（如bf3，氟里昂）中等发泡系统（如油吸收塔、胺及乙二醇再生塔）多泡沫系统（如胺及乙二胺吸收塔）严重发泡系统（如甲乙酮装置）形成稳定泡沫的系统（如碱再生塔）1.00.90.850.730.600.30 精馏段 泛点负荷系数，由图查得=0.108 对于大塔，为了避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过80%。由以上计算可知，雾沫夹带能够满足的要求。 提馏段 泛点负荷系数，由图查得=0.103 对于大塔，为了避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过80%。由以上计算可知，雾沫夹带能够满足的要求。3.5 塔板负荷性能图 3.5.1雾沫夹带线 据此可作出负荷性能图中的雾沫夹带线，按泛点率80%计算： 精馏段： 整理得： 由上式知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取几个值算出。6.8640.016.3240.025.7850.035.2450.044.7060.054.1670.063.6270.072.0100.1 提留段： 整理得： 由上式知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取几个值算出7.5150.016.8310.026.1470.035.4630.044.7790.054.0950.063.4110.071.3560.1 3.5.2液泛线 由此确定液泛线，忽略式中 而 精馏段 在操作范围内任取若干个值，算出相应的值见表0.01513.8910.02013.0510.02512.0450.03010.8090.0359.2430.0407.1340.0453.625 提馏段 在操作范围内任取若干个值，算出相应的值见表0.04513.3910.05012.4430.05511.3450.06010.0480.0659.2430.0708.4590.0752.775 3.5.3 漏液线 对于f1型重阀，以作为规定气体最小负荷的标准，则 精馏段 提馏段 3.5.4液相负荷下限 取堰上层高度作为液相负荷下限条件作出液相负荷下限，该线为与气相流量无关的竖直线。 取e=1.025，则 3.5.5液相负荷上限 液体的最大流量应保证降液管中停留时间不低于35s。 液体降液管中停留时间 以作为液体在降液管内停留时间的下限，则; 由以上15作出塔板负荷性能图 由塔板负荷性能图可以看出： 在任务规定的气，液负荷下的操作点p（设计点）处在适宜操作区内的适中位置； 塔板的气相负荷上限完全由雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制；按固定的液气比，由图可查出塔板的气相负荷上限气相负荷下限3.6塔板布置与附属设备的计算 3.6.1进料管 进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、t型进料管。本设计采用直管进料管。 管径的计算: ，取， 经圆整选取热轧无缝钢管，规格783.5mm 3.6.2回流管 回流液体积流量 利用液体的重力进行回流，取适宜的回流速度，那么 经圆整选取热轧无缝钢管，规格：90mm3mm实际管内流速： 3.6.3塔釜出料管 釜残液的体积流量： 取适宜的输送速度uw=0.785m/s则 经圆整选取热轧无缝钢管，规格：60mm3mm 实际管内流速： 3.6.4再沸器蒸汽进口管 设蒸汽流速为20m/s, 经圆整选取热轧无缝钢管，规格：750mm12mm 实际管内流速： 3.6.5塔釜蒸汽进气管 冷凝水进口温度为20，水的物性数据： 水的物性数据：=998.2kg/m3,=1.005, 冷凝水质量流率，取流速为1.5m/s 管径 选取 3706mm热轧无缝钢管 实际流速为 3.6.6简体与封头 1、简体 采用碳素钢，料液无腐蚀性 筒体可采用20r.gb6654 设计温度在150时，许用应力132mpa -焊缝系数取0.85 采用双面对焊接，局部无损检测 刚度要求 不小于2mm 考虑到此塔较高，风载荷较大，塔内径不太大，故适当的增加壁厚选5.0mm 2、封头 封头分为椭圆形封头、蝶形封头等几种，本设计采用椭圆形封头，由公称直径dn=2200mm的eha椭圆封头。 为便于焊接选为5mm. 3.6.7除沫器 当空塔气速较大，塔顶带液现象严重，以及工艺过程中不许出塔气速夹雾滴的情况下，设置除沫器以减少液体夹带损失，确保气速纯度，保证后续工作的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器、丝网除沫器以及程流除沫器。本设计采用丝网除沫器，其具有比表面积大、重量轻、空隙大及使用方便等优点。 选取不锈钢除沫器： 类型：标准型 规格：40-100 材料：不锈钢丝网（1gr18ni9） 丝网尺寸：圆丝0.23 3.6.8裙座 塔顶常用裙座支撑，裙座的结构性能好，连接处产生的局部阻力小，所以它是塔设备的主要支撑形式，为了制作方便，一般采用圆筒形，由于裙座内径2000mm，故裙座壁厚取25mm。选用q235-a。基础环外径：dbi=2200+（160400）dbi=2200+280=2480mm基础环内径：dbo=2200-（160400）dbo=2200-280=1920mm基础环壁厚，考虑到腐蚀余量18mm;考虑到再沸器，裙座高度取3m,地脚螺栓取m30. 3.6.9吊柱 对于较高的室外无框架是整体塔，在塔顶设计吊柱，对于补充和更换填料、安装和拆卸内件，既经济有方便的一项设施，一般取15m以上的它物设吊柱，本设计中塔高度较大，因此设吊柱。因设计塔径d=2200mm，可选用吊柱500kg,s=1000mm,l=3400mm,h=1000mm,材料为a3 3.6.10法兰 由于常压操作，所用法兰均采用标准管法兰，干焊法兰，由不同的公称直径，选用相应法兰：（1）进料管接管法兰：hg20593 法兰pl65-0.6rf q235-a（2）回流管接管法兰：hg20593 法兰pl65-0.6rf q235-a（3）塔釜出料管法兰：hg20593 法兰pl65-0.6rf q235-a（4）塔顶蒸汽管法兰：hg20593 法兰pl350-0.6rf q235-a（5）塔釜蒸汽进气法兰：hg20593 法兰pl350-0.6rf q235-a3.7塔总体高度的设计 3.7.1塔总高（不包括群座） 式中 h塔高，m；-塔顶空间，m；-塔板间距，m； -开有人孔的塔板间距，m；-进料段高度，m； -塔底空间，m；-实际塔板数，m； -人孔数（不包括塔顶空间与塔底空间的人孔数）。 已知实际塔板数为57块，板间距,由于料液较清洁，无需经常清洗，可取每隔10块板设一个人孔，则人孔的数目为： 个 取1.5m ，n=57块 ，,，每10块取一个人孔， 个。 的计算:塔釡料液最好能在塔底有35分钟的存储，所以取5分钟来计算。 则=1.5+(57-2-6)0.6+70.4+0.8+0.47=34.57m裙座高度取5m，所以总高度为 39.57m。 3.7.2有效高度 精馏段有效高度 提馏段有效高度3.8附属设备的设计 3.8.1 塔顶全凝器的计算及选型 全凝器的选择：（列管式冷凝器） 按冷凝器与塔的位置，可分为：整体式、自流式和强制循环式。 整体式如图a，b所示。将冷凝器与精馏塔作成一体。这种布局的优点是上升蒸汽压降较小，蒸汽分布均匀，缺点是塔顶结构复杂，不便维修，当需用阀门、流量计来调节时，需较大位差，须增大塔顶板与冷凝器间距离，导致塔体过高。该型式常用于减压精馏或传热面较小场合。 自流式 如图c所示。将冷凝器装在塔顶附近的台架上，靠改变台架的高度来获得回流和采出所需的位差。 强制循环式 如图d，e所示。当冷凝器换热面过大时，装在塔顶附近对造价和维修都是不利的，故将冷凝器装在离塔顶较远的低处，用泵向塔提供回流液。 根据本次设计体系，甲醇-水走壳程，冷凝水走管程，采用逆流形式。冷凝器置于塔下部适当位置，用泵向塔顶送回流冷凝水，在冷凝器和泵之间需设回流罐，这样可以减少台架，且便于维修、安装，造价不高。 冷凝器的传热面积和冷却水的消耗量 热流体为的99.822%的甲醇蒸汽， 出料液温度：（饱和气）（饱和液） 冷却水温度： 物性数据如下（甲醇在平均69.31下，水在平均温度28下）cp甲醇-水1.3912.4800.450.189水995.74.1740.810.68 换热面积 水的流量： 管子尺寸取 水流速取ui=1.1m/s 管数： 管长： 取管心距 选用6m长的管，单管程 折流板：采用弓形折流板，取折流板间距b=200mm 由上面计算数据，选型如下：壳径d/mm1000管子尺寸/mm25mm2.5mm管数n467管子长l/m6管程数np1管程流通面积0.1466中心排管数23管心距t/mm32管子排列正方形斜转传热面积a216.3 每层的管数 管程流通面积，与查得的0.1466很好符合。 传热面积a=，比查得的216.3稍大，这是由于管长的一小部分需用于在管板上固定管子。应以查得的为准。 核算管程、壳程的流速及re: 管程 流通截面积： 管内水的流速 取钢管绝对粗糙度，得相对粗糙度 根据，查图得=0.0341 管内阻力损失 回弯阻力损失 管程总损失 （5）传热计算 管程对流给热系数 以上已算出，现在算 雷诺数 壳程对流给热系数 而 取污垢热阻 以管外面积为基准 则 计算传热面积 所选换热器合适 3.8.2塔底再沸器面积的计算及选型 (1)再沸器的选择：列管式蒸发器 对直径较大的塔，一般将再沸器置于塔外。其管束可抽出，为保证管束浸于沸腾器液中，管束末端设溢流堰，堰外空间为出料液的缓冲区。其液面以上空间为气液分离空间。 换热面积 换热量为 考虑到5%的热损失后 传热面积： 蒸汽温度为120，冷液进口温度为99.426，出口温度为99.592 则 取传热系数k=1000w/（m2.k） 3.8.3预热器模拟图3.8.1 换热器（hex）流程 换热器工段采用低压蒸汽对原料进行预热图3.8.2 低压蒸汽参数输入图3.8.3 输入换热器（hex）参数图3.8.4 查看换热器（hex）结果 3.8.4离心泵的选择 1冷凝水泵 雷诺数: 取=0.1，查图摩擦系数=0.0163 各管件及阀门阻力系数如下:名称水管入口进口阀90弯头4半开型球阀0.560.7549.5 设管长为50米, 塔有效高度加裙座加全凝器高度取ho=20m 2进料泵 泵模拟图3.8.5 泵流程图3.8.6 输入进料条件图3.8.7 输入模块（pump）参数图3.8.8 查看模块（pump）结果 从各个方面考虑下来，is65-40-315比较适合作进料泵，其有关参数为：流量/(m3/h)扬程/m转速/(r/min)气蚀余量/m泵效率/%轴功率配带功率12.53214502.5372.9443.9机械设备设计 3.9.1质量载荷 塔体和裙座质量 人孔、法兰、接管等质量： 内附件质量： 保温层质量（保温层壁厚取30mm）: 扶梯、平台质量（注：扶梯质量为40kg/m，操作平台共五层，平台宽1.0m,单位质量150kg/m2） 操作时塔内物料： 充水质量： 塔体操作时质量： 塔体和裙座操作的质量： 全塔最大质量： 全塔最小质量： 3.9.2风载荷和风弯矩 合肥地区，查表得 塔体各段风力： 3.9.3塔体的强度及轴向应力计算 a.塔底危险截面（1-1）的各项轴向应力计算 b,塔底1-1截面抗压强度及轴向稳定性验算 所以，因此塔底1-1截面满足抗压强度及轴向稳定条件. c.塔底1-1截面抗拉强度校核 由于因此该截面满足抗拉强度要求。 3.9.4裙座的强度及稳定性的验算 裙座厚度=15mm,厚度附加量c=1，则有效厚度es=15-1=14mm 1.裙座底部0-0轴向应力计算 操作时全塔质量引起的压应力： 风载荷引起的0-0截面弯曲应力： 2.裙座底部0-0截面的强度及轴向稳定性的校核 所以，裙座材料采用q235-a钢，