毕业设计论文年产11万吨乙苯精馏塔工艺设计

1、毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：年产11万吨乙苯精馏塔工艺设计 函授站：陕西工业技术学院函授站 专业：应用化工技术班级：双工艺1250班 指导老师： 1、 设计（论文）的主要任务和目标姓名残液组成：不大于2%苯混合液苯-甲苯进料状态泡点进料混合液组成：50%苯加热方式间接蒸汽加热馏出液组成96%苯设备要求连续操作浮阀式精馏塔2、 设计（论文）的基本要求和内容(1) 目录和摘要(2) 设计方案的选择及流程说明(3) 工艺计算：物料衡算和热量衡算(4) 主要设备选型与计算(5) 辅助设备选型与计算(6) 计算结果汇总(7) 绘制带控制点的工艺流程图和主题设备结构图各一张（2号图纸）(8)

2、主要参考文献3、进度安排序号内容计划时间1下达任务书2010年12月23日2收集资料与数据12月24日30日3初期检查12月31日4社会实践和工艺流程确定12月31日2011年2月1日5工艺计算2月2日20日6设备选型2月21日3月1日7绘制流程图和主要设备图3月23月20日8编写设计说明书3月21 4月8日9中期检查4月9日10设计修改于整理4月10日5月20 日11答辩5月21 日年产30万吨苯精馏塔工艺设计摘要 本设计任务书为年产30万吨苯的精馏设计，采用浮阀精馏塔，常压、泡点进料。将原料经过预热器预热至泡点温度 94oc后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝成 的饱和液体，其

3、中一部分回流到塔内，其余部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送入储罐。该物系属于易分离物系。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品冷却后送入储罐。同时在设计过程中为了节省能耗，将冷却器产生的蒸汽用来加热原料液或用产品的余热来加热原料。从而，节省能量，节省资金投入。本设计就是对此精馏塔的一些主要的设计数据进行计算。关键词：浮阀塔，泡点进料，全冷凝器，常压第1章 绪论1.1 设计背景为了加强工业技术的竞争力，长期以来，各国都在加大塔的研究力度。如今在我国常用的板式塔中主要为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌型塔等。填料种类出拉西、环鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料、金属丝网填料等规整填料也常采用。更加强了对筛板

4、塔的研究，提出了斜空塔和浮动喷射塔等新塔型。同时我国还进口一些新型塔设备，这些设备的引进也带动了我国自己的塔设备的科研、设计工作，加速了我国塔技术的开发。国外关于塔的研究如今已经放慢了脚步，是因为已经研究出了塔盘的效率并不取决与塔盘的结构，而是主要取决与物系的性质，如：挥发度、黏度、混合物的组分等。国外已经转向研究“在提高处理能力和简化结构的前提下，保持适当的操作弹性和压力降，并尽量提高塔盘的效率。”在新型填料方面则在努力的研究发展有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。经过我国这些年的努力，在塔研究方面与国外先进技术的差距正在不断的减2. 全塔物料衡算 2.1 全塔物料衡算苯的摩尔质量：m

5、=78kg/kmol甲苯的摩尔质量:m=92kg/kmol x=2.2 平均摩尔质量m= 78=85.00 kg/kmol2.3 物料衡算f= 41666.67 kg/h f = =490.20 kmol/hd = f = 490.20 = 224.87 kmol/hw = fd = 490.20-224.87=265.33 kmol/h 3. 塔板数的确定3.1 确定理论塔板数3.1.1由苯-甲苯气液平衡数据绘制x-y ， t-x-y图 苯(a)-甲苯( b)饱和蒸汽压数据： 由公式： y = , y = 计算得苯-甲苯的t-x-y数据如下：由上表数据绘制得x-y ， t-x-y图（见附图

6、2）用作图法求r 并选取r本设计的进料状态选取的是泡点进料，即q=1,q线方程为： 作图得 r = = = 1.29 r = 1.6r = 2.1 由此可得精、提馏短的操作线方程分别为： y = 0.68x+ 0.31 y = 1.3x 0.008 3.1.3 用图解法求理论板数n 求解过程见附图 2，总理论板数n=13（包括塔釜）。其中精馏段为5，提馏段为8（包括塔釜），第6块板为进料板。3.2 全塔板效率e 由塔顶、塔釜液相组成x= 0.96 , x = 0.02 在t-x-y图上查得 t= 81 t= 109.4 故 t= 95.2 在液体黏度共线图中查得此温度下苯、甲苯的黏度分别为：=

7、0.25m.pas =0.29m.pas= 0.48×0.25+0.52×0.29 = 0.27 e= 0.17lg= 0.523.3 实际塔板数n 由e= n/ n得 ： 精馏段实际塔板数n=5/0.52 = 9.6 取10 提馏段实际塔板数n=8/0.52 = 15.4 取16（包括塔釜） 故总的实际塔板数n= n+ n=26 （包括塔釜）4. 精馏塔操作工艺条件及相关物性数据的计算4.1 操作压力 塔顶操作压力 = 101.33 kpa 每层塔板压降 = 0.7 kpa进料板压力 ×n=101.3 3+ 0.710 = 108.33 kpa 精馏段平均压力

8、=104.83 kpa4.2 精馏段平均温度 根据苯-甲苯的t-x-y 数据，采用内差法求取塔顶、进料层温度 = 92.8 = 80.9 精馏段平均温度 = = 86.854.3 平均摩尔质量mvm 、mlm对于塔顶，由 , 查平衡线（附图 2）得 =0.91 kg/kmol kg/kmol对于进料板，由 , 查平衡线（附图 2）得 kg/kmol kg/kmol则有： kg/kmol kg/kmol4.4 平均密度 、4.4.1气相平均密度kg/m 4.4.2液相平均密度 塔顶： 查得 进料： 查得 平均值： kg/m4.5 液体平均表面张力 塔顶： 查得 21.1 mn/m 21.5 mn

9、/m mn/m进料： 查得 20 mn/m 20.2 mn/m mn/m平均值：=20.7 mn/m4.6 液体平均粘度塔顶： =0.3mpa.s =0.32 mpa.s mpa.s进料： 查得 =0.26 mpa.s =0.29 mpa.s mpa.s平均值： mpa.s5. 精馏塔的塔体工艺尺寸计算5.1 塔径计算精馏段汽相摩尔流量 kmol/h精馏段液相摩尔流量 kmol/h精馏段汽相体积 =精馏段液相体积 = 根据课本表6-5 ，初选板间距查课本图6-58 得修正 最大允许空塔气速 塔径圆整为 1.4m 实际气速5.2 有效塔高计算精馏段有效高度 提馏段有效高度 精馏塔有效高度 6.

10、塔板工艺尺寸的计算 6.1溢流装置 根据本设计中的塔径及负荷大小选用弓形降液管，平流堰，单溢流形式。 对于弓形降液管： 堰长 由francis经验公式 0.050.1 本设计取 由 查附图3得 弓形管宽 同理 弓形管截面积 验算停留时间 s 5s 合适。降液管底隙高度m对于受液盘： > 0.8m 为了便于侧线采出、低流量液封及改变流向缓冲本设计选取凹形受液盘，这里不设进口堰。6.2塔板布置 由于>0.9m 这里将塔板分为3块，为了尽量减小液体夹带入降液管的气泡量，取m ；根据的大小 ，取。 则 布置结果如下：溢流区安定区边缘区开孔区/m/m/m/m/m/m/0.980.2060.1

11、310.080.060.4140.640.98 6.3阀孔数目及排列 由于本设计用的是f1型重阀，且目标分离物为苯-甲苯混合液，所以取来粗算阀孔数目；对于f1型重阀 。 m/s 取 176 浮阀在塔板上采用等腰三角形叉排 , 由于本设计中采用的是分块式塔板, 各分块的支撑与焊接要占去一部分开孔区面积, 所以小于计算值较好, 这里取0.060m。作阀孔排列图（见附图4）得 则实际的核算 在913之间，上述排列方式可行。开孔率%7. 浮阀塔板的流体力学验算7.1 验算塔板压降 干板阻力 界孔速 m液柱 板上充气液层阻力 设计分离的是苯-甲苯混合液，液相为碳氢化合物，故可取充气系数 m液柱 液体表面

12、张力造成的阻力 m液柱 m液柱 0.7 kpa 塔板压降满足要求。7.2 降液管液泛校核 为了防止降液管中液体发生液泛现象，应控制降液管内清液层高度 无进口堰，故m m 显然，满足设计要求。7.3 雾夹带核算 本次设计中应控制泛点率在80%内，才能避免过量雾沫夹带，即使0.1kg液/kg气。 查附图5得 k=1 100% 代入数据得% 80% 满足设计要求。7.4 严重漏液校核当阀孔的动能因数小于5时会出现严重漏夜现象，前面已算出,故不会发生 严重漏夜现象。 8. 塔板负荷性能图8.1雾沫夹带线 根据设计塔径这里f取0.8 整理得由上述方程就可画出雾沫夹带线。8.2液相负荷下限线 对于平直堰

13、0.006 m ， 当取=0.006 m 时就可以求出液相负荷下限线。 取e=1 整理得 8.3 液相负荷上限线 液体在降液管中的最大流量应保证液体在降液管中的停留时间不低于35s, 取5s 计算。8.4 漏液线 对于f1型重阀，当动能因数f 5时就会出现严重漏液现象，所以去f=5作为参考值来计算。 =8.5液泛线 其中 代入数据整理得8.5 绘制塔板负荷性能图（见附图6）由该图可得： 此塔板的操作区由其液相负荷上、下限线，漏液线及雾沫夹带线决定，且设计的作点在适宜操作区内；此塔板的气相负荷上、下限分别受其漏液线和雾沫夹带线控制；此塔精馏段的操作弹性。根据设计的液-汽比查此图得出气相负荷上、下

14、限分别为2.0和0.545，进而求出操作弹性 。 9. 浮阀塔工艺设计计算结果汇总工艺设计计算工艺设计计算结果项 目符 号单 位计 算 结 果备注平均压强kpa108.8平均温度86.85平均流量气相m3/s1.22641液相m3/s0.0031实际塔板数块26板间距m0.45塔段的有效高度m10.8塔径m1.4空塔气速m/s0.797塔板型式/分块式分3块溢流装置溢流管型式/单溢流弓形降液管凹形受液盘堰长m0.98平直堰堰高m0.05底隙高度m0.004板上清液层高度m0.062孔径m0.039孔间距m0.075排间距m0.070孔数个163等腰三角形叉排开孔面积m20.21阀孔气速m/s6

15、.3临界阀孔气速m/s5.83阀孔动能因数10.9开孔率12.7%单板压降kpa0.553液体在降液管中的停留时间s25降液管内清液层高度m0.133泛点率48.5%小于80%气相最大负荷m3/s2.0由雾沫夹带线控制气相最小负荷m3/s0.545由漏液线控制操作弹性/3.6710. 总结及分析此次设计主要从塔的工艺计算、结构设计、力学校核三个方面设计了常压下分离苯-甲苯混合液的精馏塔。在工艺计算方面我主要是设计任务书提供的基本参数进行了物料衡算、塔板数计算、塔体工艺计算、塔板结构设计、流体力学验算等方面进行计算和设计，其中重点对塔体工艺、塔板结构进行了相对详细的分析，最终设计出了符合设计任务

16、要求的精馏塔。但是由于知识水平的不足及参考资料的有限，在设计中还是存在很多不全面的地方。例如，精馏的特性是反复进行部分汽化和冷凝，也就存在加热和热能利用的问题，而这里就没有对这方面进行详细的计算和说明；在塔板结构设计时，对塔板进行了分块处理，使塔板产生了焊缝，也就对塔板的强度产生了影响，而此次及只是考虑了焊缝对阀空数的影响，没有进行强度计算和分析；再者，本次设计出的单板压降（= 0.553kpa）虽然在设计任务要求的范围(不低于0.7 kpa)内，但是对于常压操作的精馏塔还是有点偏高，还有改进的空间等等。另外，此次设计过程中部分样图采用的是autocad绘制，提高了绘图的效率及精确度。参考文献

17、1 王志魁 . 化工原理m . 北京：化学工业出版社，20042 王明辉 . 化工单元课程设计m . 北京：化学工业出版社，20023 马江权，冷一欣 . 化工原理课程设计m . 北京：中国石油出版社，20054 李功样等 . 常用化工单元设备设计m . 广州：华南理工大学出版，20035 化学工程手册编委会 . 化学工程手册（第13篇）.北京：化学工业出版社，1981附图 1精馏工艺流程图附图 2苯-甲苯x-y图苯-甲苯t-x-y 图附图 3、关联图附图 4塔板布置图附图 5附图 6 弓形降液管参数图附图 7塔板操作负荷性能图第1章 绪论1.2 设计背景为了加强工业技术的竞争力，长期以来，各

18、国都在加大塔的研究力度。如今在我国常用的板式塔中主要为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌型塔等。填料种类出拉西、环鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料、金属丝网填料等规整填料也常采用。更加强了对筛板塔的研究，提出了斜空塔和浮动喷射塔等新塔型。同时我国还进口一些新型塔设备，这些设备的引进也带动了我国自己的塔设备的科研、设计工作，加速了我国塔技术的开发。国外关于塔的研究如今已经放慢了脚步，是因为已经研究出了塔盘的效率并不取决与塔盘的结构，而是主要取决与物系的性质，如：挥发度、黏度、混合物的组分等。国外已经转向研究“在提高处理能力和简化结构的前提下，保持适当的操作弹性和压力降，并尽量提高塔盘的效率。”在新型填料方面

19、则在努力的研究发展有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。经过我国这些年的努力，在塔研究方面与国外先进技术的差距正在不断的减小。1.3 设计参数1.3 1、设计规模：苯-甲苯混合液处理量10000t/a塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。在化工生产中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有非常重大的影响。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度。即在同一温度下，各组分的饱和蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，汽相中的重组分转

20、移到液相中，从而达到分离的目的。因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。2、生产制度：年开工300天，每天三班8小时连续生产3、原料组成：苯含量为40%（质量百分率，下同）4、进料状况：热状况参数q自选5、分离要求：塔顶苯含量不低于98.5%，塔底苯苯含量不大于2.5%6、建厂地区：大气压为760mmhg，自来水年平均温度为15的某地。1.4 问题研究本设计是针对苯甲苯的分离而专门设计的塔设备。根据设计条件以及给出的数据描述出塔温度的分布，求得最小回流比以及塔顶的相对挥发度、塔釜的相对挥发度、全塔平均相对挥发度，又根据物料平衡公式分别计算出精馏段和提馏段的汽、液两相的流量。之

21、后，计算塔板数、塔径等。根据这些计算结果进行了塔板结构的设计等。计算和设计这些之后进行了有关的力学性能计算和一系列的校核。第2章 塔的工艺计算2.1 塔温的分布苯和甲苯的混合物是服从拉乌尔定律的理想溶液。在常压下它们的蒸汽压及汽液平衡数据，如下表所示：表一 苯和甲苯的蒸汽压及汽液平衡数据80.027603001.0001.00084.08503330.8230.92288.0957379.50.6590.83092.010784320.5080.72096.01204492.50.3760.596100.013445590.2560.453104.014956250.1550.304108.0

22、1659704.50.0580.128114.0174876000由表一数据作如图2-1等压曲线（t-x图）和图2-2气液平衡曲线（y-x图）。将进料、塔顶和釜液的浓度以分子分数表示为：1汽相 2液相图2-1 苯-甲苯的等压曲线根据图2-1可确定它定、塔釜和进料温度分别为：由于沸点进料（q=1），由图2-1和图2-2可得与进料液体相平衡的蒸汽组成，由式（3-53a）得最小回流比：塔顶的相对挥发度：塔釜的相对挥发度：则全塔的平均相对挥发度： 图2-2 气液平衡曲线2.2 物料平衡则有： 由上述方程式可求得：)操作回流比：1.精馏段液相流量：气相流量：2.提馏段液相流量：气相流量：2.3 塔板数的

23、计算2.3.1 图解法沸点进料（q=1）。q线方程为一垂线es，经过a点作精馏段操作线，其截距为：再由b点作提馏段操作线，与精馏段操作线交于e点，连接be得提馏段操作线。在平衡线和操作线之间作阶梯，得理论板数为11.7层，精馏段为5层，第6层为进料板。2.3.2 差分方程法塔顶馏出物的平均分子量：塔顶馏出量： 进料液的平均分子量：进料量： 釜液的平均分子量：釜液量： 1.精馏段：由下面公式可得:=-1.9精馏段操作线与平衡线交点的横坐标由下面公式求得：=0.187由于沸点进料q=1，所以得： 由公式求得精馏段理论板数： =5.3（层）2.提馏段：由下面公式求得：=-1.339=-0.00867

24、=0.662近似计算，取由公式，取提馏段理论塔板数（包括塔釜）：=6.14（层）则全塔理论板数为：n=5.3+6.14=11.44（层）精确计算：（1）取精馏段的理论板数为5层（2）按公式计算当n=5 时 公式变为下面形式：可求得：（3）由公式求得：=0.46 （4）由公式求得提馏段的理论塔板数：=6.35（层）精确计算的理论板数（全塔包括塔釜）为5+6.35=11.35（层），与m、t图解法结果基本一致。利用差分方程式法可以不必经过逐板计算而直接求得每层塔板上的液体组成。将相应的已知数值带入精馏段和提馏段方程式，简化后可得如下方程式：精馏段：提馏段：计算结果列入下表：每层塔板上的液体组成塔板

25、序号n1234567891011x0.9170.8380.7430.6180.4890.3760.2720.1680.1010.0600.0374取全塔理论板数为11层，扣除塔釜一层，则理论板数为10层。现取全塔效率为，则实际板数为： 取14（层）精馏段的实际板数为：（层）（层）提馏段的实际板数为：（层）第层塔板为加料板。2.4 热量平衡2.4.1 塔顶蒸汽带出的热量 2.4.2 釜液带出的热量 2.4.3 料带入的热量 2.4.4 回流带入的热量 2.4.5 塔釜加热蒸汽带入的热量 2.4.6 热量损失设热量损失为，则 塔的热量平衡2.5 塔径计算2.5.1 精馏段液体重度：蒸汽重度：液体的

26、体力流量：蒸汽的体积流量：取板间距，板上清液层高度为，则分离空间。查负荷系数图得： c=0.075苯在时的表面张力为由公式可求得：由公式可求得最大允许空塔速度为：适宜空塔速度：塔径由公式求得：2.5.2 提馏段液体重度：汽相重度： 液体的体积流量：蒸汽的体积流量：取；查负荷系数图得：甲苯在时的表面张力为由公式求得：由公式求得最大允许空塔速度为：适宜的空塔速度：塔径公式求得：根据计算，精馏段和提馏段塔径选用d=1.7(米)，此时两段的实际空塔速度为：相应的空塔动能因数为：均属正常操作范围。2.6 塔板结构根据塔径和液体的流量，选用弓形降液管，塔板采用电流程和分块式组装。2.6.1 降液装置1.偃

27、长取2.偃高由公式 求得（1）精馏段=53.5（毫米）（2）提馏段=46（毫米）上下两段偃高均选用50毫米。3.降液管面积当时，由查表得：塔的相对操作面积为：4.液体在降液管中的停留时间由公式求各段的停留时间：（1）精馏段（2）提馏段5.降液管下端与下层塔板间的距离精馏段和提馏段降液管下端与塔板间出口处的液体流速分别取由公式可求得（1）精馏段 （2）提馏段 上下两段均选用2.6.2 浮阀的布置选用十字架型圆盘浮阀，阀径为50毫米，阀重3032克，塔板上孔径为40毫米，最大开度8毫米。1.阀孔速度由公式求阀孔的临界速度（或选定适宜的阀孔动能因数，求出阀孔速度）。（1）精馏段（米/秒）（2）提馏段

28、（米/秒）上下两段相应的阀孔动能因数为：均属正常操作范围。2.开孔率由公式求得：（1）精馏段（2）提馏段考虑到塔板加工方面起见，上下两段的开孔率均采用。3.阀孔总面积由公式求得：4.浮阀总数由公式求得： 取整为219（个）5.塔板上布置浮阀的有效操作面积已知取 ； 由公式可求： =0576（米）由公式可得塔板上布置浮阀的有效操作面积为：=1.53 （）塔板有效操作面积为：6.浮阀的排列浮阀采取等腰三角形叉排排列。设垂直于液流方向的阀孔中心间距为t，与此相应的每排浮阀中心线之间距离，由公式求得： 取t=90(毫米)。2.7 流体力学计算2.7.1 塔板压力降1.精馏段（1）干板压力降由公式得：（

29、2）克服液体表面张力的压力降由公式得：（3）通过泡沫层的压力降由公式得：=36.5 （毫米液柱）取泡沫层比重为0.4，则 （毫米液柱）塔板的总压力降：以液柱表示：2.提馏段（1）干板压力降由公式得：=25.8 （毫米水柱）= 33（毫米液柱）（2）克服液体表面张力的压力降由公式得：=0.47（毫米水柱） =0.6（毫米液柱）（3）通过泡沫层的压力降由公式得：=44.2（毫米液柱）=35.5（毫米水柱）塔板的总压力降2.7.2 雾沫夹带量已知，所以，1.精馏段由精馏段公式可以求的得：=0.69（公斤液/公斤汽） 10%2.提馏段由上面公式求得： （公斤液/公斤汽） 10%2.7.3 溢流状况的计

30、算根据公式验算降液管内清液层的高度。1.精馏段降液管下端出口处液体的流速及液柱高度为： 取0.2 则（毫米液柱）所以，=141（毫米液柱）2.提馏段方法同上：所以可求： =155.92 （毫米液柱）由于及均小于，所以不会产生液泛。2.7.4 负荷上下限1.雾沫夹带量控制计算设雾沫夹带量为e=10%，并以提馏段计：可求出 2.以淹塔控制计算取为简化计算起见，忽略液体负荷变动所产生的影响，以提馏段计：所以，所以，由此可知，该塔为淹塔所控制。则：第3章 塔的结构设计3.1 塔顶3.1.1 塔顶空间塔顶空间一般取=1.21.5米，在此，我们取塔顶空间为=1.5米。3.1.2 塔顶蒸汽出口取管内蒸汽流速

31、，=0.977则塔顶蒸汽管直径： 塔顶蒸汽管尺寸为的标准管。选用法兰为，带颈平焊钢质管法兰（hg20594-97）。3.2 人孔选择dn450mm人孔，其中人孔处塔板间距为600mm，人孔数一共5个，位置分别为：人孔1位于1塔板上，人孔2位于4，5塔板之间，人孔3位于加料板8下，人孔4位于12塔板下，人孔5位于14塔板下。3.3 塔底3.3.1 塔底空间取停留时间为5分钟，而已知，而在此取。3.3.2 塔底出口可公式求得釜液出口直径：取釜液出口管尺寸为：的标准管。法兰为的带颈平焊钢制管法兰（hg20594-97）。3.4 进口3.4.1 塔顶回流进口回流液由泵输送时，速度可取1.52.5（米/

32、秒）。由公式求得塔顶回流进口管直径： 取塔顶回流进口管尺寸为：的标准管。法兰为，带颈平焊钢制管法兰（hg20594-97）。3.4.2 原料进口料液由泵输送时可取1.52.5（米/秒），现取=1.5由公式得进料管管径：=0.057取原料进口管管径为：80的标准管。法兰为，带颈平焊钢制管法兰（hg20594-97）。3.5 裙座3.5.1裙座的形状 为了制作的方便，裙座我们选用圆筒形裙座。3.5.2 裙座与塔壳的连接 裙座与塔壳的连接采用对接接头形式。3.5.3 排气孔或排气管 查表得出结构尺寸为：76 mm ,数量为4个. 排气孔的中心线距离裙座顶端的尺寸为h=180mm3.5.4人孔dn45

33、0 ，位置h=900 ， 数量一个。开设人孔的目的是为了方便检修。3.6 塔盘3.6.1 塔盘类型为了方便在塔的内部进行拆装工作，因此我们选用分块式塔盘。3.6.2 塔盘板形状选用矩形塔板3.6.3 支持圈和支持板的尺寸支持圈宽度为40mm，支持板宽度为40mm，材料为碳钢，厚度为6mm3.6.4 塔盘分块结构如下图： 塔盘分块结构第4章 强度校核设计条件：地区的基本风压值、地震设防烈度<=6级、塔内装有14层浮阀塔盘、每块塔盘存留的介质高为70mm、介质密度为800公斤/立方米，塔壳外表面保温层厚度为100mm 、保温层材料密度为300公斤/立方米、塔上每隔6m安装一层操作平台、宽1m

34、操作平台共2层 、单位质量为100公斤/平方米,包角为180度。塔内设计压力为0.1mpa 设计温度为150 、塔壳厚度附加量为3mm、裙座厚度附加量为2mm。 裙座高为3m；焊缝系数取0.9；塔全高为13540mm。4.1塔壳厚度计算塔体材料选用20r、设计条件下的许用应力为：。圆筒厚度为：=0。175 （毫米）封头厚度为：=0.176 (毫米)选用标准椭圆形封头，所以k=1,因为钢板最小厚度不得小于4毫米，所以取圆筒和封头的厚度为4毫米加上厚度附加量3毫米等于7毫米。最后取厚度为8毫米的标准钢板。4.2质量载荷计算4.2.1 塔壳及裙座质量=4560.3 （千克）4.2.2 人孔、法兰和接

35、管附件等的质量 （千克）4.2.3 塔内构件的质量 （千克）4.2.4 保温层质量 =1803 （千克）4.2.5 平台扶梯质量=989.86 （千克）4.2.6 操作时塔内物料质量=1046.2 （千克）4.2.7 充水质量 （千克）4.2.8 塔器的操作质量=4560.3+1401.22+1803+989.86+1046.2+1140=10940.58 （千克）4.2.9 塔器的最大质量=4560.3+1401.22+1803+989.86+1140+23911.5=33805.88 （千克）4.2.10 塔器的最小质量=4560.3+1401.22+1803+989.86+1140=98

36、94.38（千克）4.3 塔的自震周期计算=0.47 （s）4.4 地震载荷及地震弯矩的计算由于设计条件中规定地震裂度为小于等于6级，所以在此地震载荷及地震弯矩均可忽略不计。4.5 风载荷和风弯矩计算4.5.1 风载荷计算内容计算结果第一段第二段第三段塔段长度m0-55-1010-13.54基本风压值450动载荷系数0.7扶梯当量宽度400保温层厚度100管线保温层厚度 mm100操作平台当量宽度600风压高度变化系数0.81.01.14各计算段的外径mm1716各计算段的有效直径2716各计算段的风振系数当塔高小于20m时，取1.70各计算段长度 mm500050005000各计算段水平风力

37、 n5817.677272.098290.184.5.2 风弯矩各段截面的风弯矩：0-0截面的风弯矩： =n1-1截面的风弯矩： =n2-2截面的风弯矩：= n4.6 最大弯矩最大弯矩根据下面公式计算，并取其中最大者：计算结果如下：0-0截面： n.mm1-1截面： n.mm2-2截面： n.mm4.7 圆筒应力校核验算塔壳2-2截面处操作时和压力试验时的强度和稳定性。计算结果见下表：4.7.1塔操作时的应力校核：计算截面2-2截面以上的塔的操作质量9870.7kg计算截面的横截面积24780mm2塔壳的有效厚度8mm截面的截面系数最大弯矩 mpa许用轴向压应力132许用轴向拉应力14256操

38、作压力引起的轴向拉应力 5.3 mpa重力引起的轴向应力 mpa1.64 mpa弯矩引起的轴向应力2.66 mpa轴向压应力1.64+2.66=4.3132 mpa组合拉应力5.3-1.64+2.66=6.23142.56 mpa结论：根据结果可知塔操作时圆筒稳定。4.7.2 压力实验时的应力校核0.2304 mpa液压试验时截面上的塔的质量28700 许用轴向压应力132 mpa许用周向应力19845 mpa许用轴向拉力2381 mpa实验压力引起的周向应力=24.7198.45 mpa压力引起的轴向应力12.24 mpa重力引起的轴向应力mpa6.59 mpa弯矩引起的轴向应力0.79 m

39、pa轴向压应力6.59+0.79=7.38132 mpa组合拉应力12.24-6.54+0.79=6.49198.45mpa结论：根据结果可知道压力实验时圆筒稳定。4.8 裙座壳轴向应力校核 裙座材料选用：q235-a、采用对接焊缝、由于是圆筒形裙座，所以。为了方便选材壁厚s=8mm、裙座材料的许用应力=127× 、查表知b=70×4.8.1操作时的压应力计算由于=所以，操作时的压力校核合格。4.8.2 水压实验时的压应力计算=所以，水压实验时的压力校核合格4.9 基础环的计算由于裙座内径为：所以取基础环尺寸为：外径： =1700+300=2000mm内径： =1700-3

40、00=1400mm基础环截面面积： = =1.60基础环截面系数为：z=5.965 =1489.7n.m =1012.4n.m基础环厚度为： =0.0082 （米）其中为、二者中较大的者。由于基础环厚度不应过小，所以在此我们取=18mm4.10 地脚螺栓计算4.10.1 求风侧最大拉应力由于最小质量mmin=9573.8kg、风弯距=1.47n.mm；以及偏心距 所以最大拉应力： =0.33mpa4.10.2 计算地脚螺栓直径 首先，选择出螺栓的个数为32个、螺栓材料的许用应力为=132mpa、腐蚀裕量c=3mm。那么，地脚螺栓的直径为： =15.6mm所以，选择32个m24的地脚螺栓就可以满

41、足要求。4.11 对接焊缝校核有效厚度=8mm , =1700mm, 最大弯距= n.mm操作时的全塔质量千克，许用应力=那么=5.5888 =0.9132=118.8由于5.5888<=118.8,所以对接焊缝满足强度要求。结论：本设计主要从三个方面塔的工艺计算结构设计强度校核，设计了苯甲苯常压精馏塔。在工艺计算方面我主要是根据原料的基本参数对物料衡算、热量衡算、塔板数计算、塔板结构设计、水力学计算等方面进行计算和设计，其中对重点的塔板数、塔板结构进行了详细的分析。塔的工艺计算的直接关系到整个设计的成与败。在结构设计部分对裙座、人孔、一些重要的接管及塔的内件的位置进行了设计，同时还对一些焊接结构进行了说明。强度校核部分是本次设计的最后一部分，在这部分当中对塔的自振周期、风载荷、风弯矩、地脚螺栓、基础环进行了设计和计算，并且对壳体强度，圆筒应力，焊接焊缝等几个环节进行了校核。由于能力以及实践还有许多不足，所以在整个设计过程中，难免有些不成熟和欠妥之处，希望老师能够批评指正。参考文献1、北京化工研究院“板式塔”专题组 编 浮阀塔 燃料化学工业出版社 出版 1975年2、化工设备设计全书编辑委员会 编 塔设备设计