甲醇精馏塔设计计算 2

1、 本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：甲醇精馏塔的设计及技术改造（二)(年产量180000吨精甲醇）学 院： 化学与化工学院 专 业：过程装备与控制工程班 级： 过控091 学 号： 0908110068 学生姓名： 肖 雅 指导教师： 何 峥 2013年5月12日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 贵州大学毕业论文（设计） 第VIII页 目录目录I摘要VIIIAbstract

2、IX第一章 前言11.1设计塔设备的意义11.2塔的研究方向11.3粗甲醇的精馏21.3.1甲醇精馏技术简述21.3.2现有甲醇精馏技术【6】21.4甲醇精馏工艺技术分类731.4.1 按工艺分类31.4.2按塔内件分类31.5甲醇精馏工艺31.5.1双塔精馏工艺31.5.2三塔精馏工艺41.5.3双塔和三塔精馏技术比较51.6精馏设备介绍61.6.1常用板式塔的介绍61.6.2其他设备71.7甲醇精馏塔的设计71.7.1 塔型及总体情况71.7.2材料的选用81.7.3强度、刚度计算81.7.4结构设计91.8甲醇精馏塔的技术改造101.8.1新型垂直筛板 【12】101.8.2 甲醇预精馏

3、塔萃取水加入方法的改进101.8.3 降低甲醇精馏蒸汽消耗的途径11第二章 甲醇精馏塔的工艺计算122.1甲醇精馏塔的物料衡算122.1.1原料液组成122.1.2塔顶组成132.1.3釜液组成132.1.4质量流量142.1.5摩尔流量142.1.6体积流量152.2塔板数的确定162.2.1求平均挥发度162.2.2求最小理论塔板数172.2.3求最小回流比172.2.4选取适宜回流比182.2.5操作线方程202.2.6进料位置212.2.7全塔效率的估算212.3板结构的工艺设计222.3.1塔板间距H222.3.2塔径计算23第三章 塔总体高度和内部件设计263.1溢流堰设计263.

4、1.1溢流堰长lw263.1.2堰上液层高度how263.1.3出口堰高度273.1.4降液管底缘距塔板的高度273.2塔板分布及浮阀选型283.3浮阀数目与排列283.3.1确定塔板上所用浮阀在刚全开时的阀孔气速（临界速度）283.3.2开孔率283.3.3求得阀孔总面积293.3.5塔板上的鼓泡面积293.3.6浮阀排列30第四章水力学计算314.1 气相通过浮阀塔的压降Hp314.1.1 干板压降314.1.2 气体克服鼓泡表面张力的压降314.1.3 气体通过塔板上液层的压降314.2淹塔324.3塔板间距HT校核324.3.1浮阀塔板液面落差324.3.2液面通过降液管的压头损失hd

5、334.3.3气体通过塔板的压降相当的液降高度hp334.3.4板上液层高度334.4降液管内液体停留时间t的校核33第五章负荷性能图355.1液体流率下限线355.2液体流率上限线355.3漏液线365.4雾沫夹带上限线365.5液泛线375.6负荷性能图385.7塔板结构设计评述395.8工艺计算结果汇总表39第六章 精馏塔的主要尺寸确定416.1塔厚的确定416.2封头的选择426.3塔体高度的设计（总有效高度，不包括裙座）426.3.1塔的顶部空间高度436.3.2 塔的底部空间高度436.3.3 精馏塔内高度H1436.4 裙座设计446.5 全塔高度H44第七章 塔的强度设计457

6、.1质量载荷计算457.1.1塔壳和裙座的质量457.1.2人孔、法兰接管等附件质量457.1.3塔内构件质量467.1.4保温材料质量467.1.5扶梯、平台质量467.1.6操作时塔内物料质量477.1.7偏心载荷质量477.1.8充水质量477.1.9塔器的操作质量487.1.10塔器的最大质量487.1.11塔器的最小质量487.2自振周期计算497.3风载荷计算497.3.1 风振系数K2i497.3.2 空气动力系数 K1497.3.3 基本风压507.3.4 塔设备有效直径 Dei507.3.5 脉动风压对塔设备产生的动载荷517.3.4 风弯矩计算517.4地震载荷517.4.

7、1地震影响系数的最大值517.4.2场地土527.4.3地震影响系数527.4.4结构影响系数527.4.5地震弯矩的计算527.4.6塔底的总地震弯矩：537.4.7裙座人孔的地震弯矩：537.4.8裙座与塔体连接焊缝处的地震弯矩：537.5地震和风载荷组合弯矩547.5.1塔底：547.5.2裙座人孔处：547.5.3裙座与塔体连接焊缝处：547.5.4 操作平台的偏心弯矩547.5.5最大弯矩：557.6 强度和稳定校核557.6.1 由内压引起的轴向应力557.6.2操作质量引起的轴向压应力557.6.3 最大弯矩引起的轴向应力567.7塔体危险截面的强度性校核577.7.1塔体强度性

8、校核577.7.2塔体稳定性校核577.7.3裙座危险截面的稳定性校核587.8筒体水压实验应力校核597.8.1由实验压力引起的环向应力597.8.2由实验压力引起的轴向应力597.8.3水压实验时，重力引起的轴向应力597.8.4由弯矩引起的轴向应力607.8.5最大组合轴向拉应力校核607.8.6最大组合轴向压应力校核607.9裙座水压实验压力校核617.9.1水压实验时，重力引起的轴向应力617.9.2由弯矩引起的轴应力617.9.3最大组合轴向压应力校核617.10基础环的设计627.10.1基础环接触应力627.10.2基础环的应力校核627.11地脚螺栓计算637.11.1地脚螺

9、栓承受的最大拉应力637.11.2地脚螺栓直径647.12盖板647.13筋板657.14基础环厚度65第八章 精馏塔附属设备及其附件的选择678.1接管678.1.1进料管678.1.2釜残液出料管688.1.3回流液管688.1.4塔顶蒸汽出料管698.2除沫器698.3人孔708.4吊柱708.5 操作平台和扶梯质量708.6保温材料选择718.7法兰的选定71第九章 补强设计719.1接管的开孔补强71 9.1.1 补强方法的判别72 9.1.2 开孔所需补强面积72 9.1.3 有效补强范围72 9.1.4 有效补强面积72 9.1.5 所需另行补强面积73 9.1.6补强圈设计73

10、9.2人孔的开孔补强739.2.1补强计算方法判别749.2.2开孔所需补强面积749.2.3有效补强范围749.2.4有效补强面积759.2.5补强圈厚度76第十章精馏塔的控制7610.1概述7610.2 精馏塔的控制要求及干扰因素7710.2.1 产品质量控制7710.2.2 物料平衡控制7710.2.3 能量平衡控制7710.2.4 约束条件控制7810.3 被控变量的选择78总结79参考文献80致谢82甲醇精馏塔的设计及技术改造摘要 甲醇精馏工艺对整个甲醇生产流程的生产能力、产品质量、能源消耗与原料消耗、环境保护都有重大影响。选择适合企业生产的甲醇精馏工艺不仅可以节能降耗，更能为企业带

11、来好的的经济效益。目前国内基本都是双塔精馏系统和三塔精馏系统，但他们都有着不足之处，与双塔流程相比，三塔流程利用蒸汽潜热的多重效用，充分达到节能的目的，但对于甲醇产品浓度要求很高，其总投资增加。对甲醇精馏工艺做系统的研究对于甲醇精馏系统的合理设计、通过设备改造和调整工艺来降低甲醇精馏的能耗、提高甲醇产品质量和收效有突出的现实意义。本文主要介绍甲醇精馏的工艺、精馏塔的热量衡算、精馏塔的物料衡算、整个过程的阻力计算，结构设计，强度计算，附属结构选型等。关键词：甲醇精馏塔,精馏塔,塔器The design and transformation of methanol rectifying tower

12、Abstract The methanol distillation is a vital process for a whole production flow of methanol , such as abilities of production , qualities of product , consumptions of energy and raw material and environmental protections. It is necessary for factories to choose the fittest methanol distillation te

13、chnology , which might be good for saving energy expenditure and bringing extra economic growth for factory. In fact , nowadays a large many of chemical factories in china choose two-rectification towers of methanol and three-rectification towers. Comparing with each other, however, those ways still

14、 have some disadvantages. For example , the process of three-rectification tower , comparing with that of two-rectification tower , requires higher level of concentration about methanol product and more investment amount at the beginning . Nevertheless , thanks to the system of three-rectification t

15、ower could use the multiple utility of steams latent heat, factories could achieve the aim of energy conservation. Therefore, there are a lot of important practical significance in many aspects for studying the system of methanol distillation , including some reasonable designs about methanol distil

16、lation system , reducing energy expenditure by reforming and adjusting some relevant technologies, improving qualities of products and so on. The article mainly introduces methanol distillation technology , calculating material and energy balance , drag counting about the whole process, structural d

17、esign, strength calculation and accessory structure selection.Key words：methanol distillation；distillation；tower 贵州大学毕业论文（设计） 第82页 第一章 前言在石油、化工、轻工等部门,塔器是广泛应用的工艺设备,主要用来处理流体（气体或液体）之间的传热与传质器材，实现混合物料最终的净化和分离。气-液之间的相际传质过程一般均在塔器中进行，如蒸馏、吸收、解吸、气提、增温等过程。【1】塔器发展经历了漫长的岁月，这其中各种类型的塔器应运而生，给工业的发展带来了巨大的进步，由于精馏塔设备的选

18、型多种多样，本设计选了技术很成熟的二塔精馏与三塔精馏进行比较。详细介绍了精馏塔的设计及其改造【2】。1.1设计塔设备的意义在化工或炼油厂中，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重大的影响。由于，塔设备的投资费基本上占用整个工艺设备投资费用的较大比例。因此，塔设备的设计和研究，受到化工、炼油等行业的极大重视。 塔设备的作用是使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成常见的单元操作有：精馏、吸收、解析和萃取等。此外，还有工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和

19、传热的增湿、减湿等操作也包括在内。化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中企业为了满足储存，运输，加工和使用的需求，人们时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。塔设备的基本功能就是提供气、液两相以充分接触的机会，使传热、传质两种传递过程能够迅速有效的进行；并且使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带【3】。 1.2塔的研究方向 20世纪90年代开始有关塔的理论与技术研究主要集中在以下几个方面【4】：（1） 设计新型高效塔板与填料（2） 提高蒸汽利用率，降低能耗（3） 降低塔器的成本（4） 适用于分离组成复杂的

20、物料（5） 大型化，稳定运行时间长，可靠性高 综上所述，未来塔内件技术逐渐向复杂机制的方向发展，随着基础研究的不断积累和深化，复杂机制的操作性能可以通过构成这一复杂机制，将所有简单机制的性能计算和预测整合，一旦技术发展到一水平，未来塔内件仅需通过计算机进行结构模拟设计，并绘制出最适宜的塔内件机械图纸，塔内件的设计完全像化工过程设计一样容易。因此，基础研究恰是该技术发展的可靠保证。1.3粗甲醇的精馏1.3.1甲醇精馏技术简述 甲醇精馏是多个简单蒸馏的组合【5】。由于液体混合物中所含组分的沸点不同，当低沸点物在一定温度下部分气化时，在气相中的其浓度高于其在液相中的浓度，反之液相中高沸点物的浓度较高

21、，这就改变了气液两相的组成。当对部分气化所得的蒸汽进行部分冷凝时，因高沸点物易于冷凝，使冷凝液中高沸点物浓度较高，未冷凝器中的低沸点无的浓度较高，如此不断地气化，冷凝，最后使混合液中的组分几乎以纯甲醇组分被分离出来。甲醇合成时受催化剂选择性的限制，且受合成压力、温度、合成气组成等因素的影响，在生产甲醇时还伴随着一系列的副反应，其产品系主要由甲醇及水、有机杂质等组成的混合溶液。通常以甲醇作为原料生产下游产品对甲醇的纯度均有一定的要求，有的影响催化剂使用寿命，有的影响下游产品的质量或能耗，因而需要对甲醇进行提纯。1.3.2现有甲醇精馏技术【6】 甲醇精馏是甲醇生产技术中重点研究与攻关的课题之一。多

22、年来世界各国对此开展了大量的工作,特别是世界著名的英国,德国和日本三菱瓦斯等均开发出了自己的独特的精馏技术。我国的精馏技术也在逐年改进,产品甲醇的质量不断提高。三十年来甲醇标准共进行四次修定。标准的修定,指标的提高意味着精馏技术的进步。目前国内外已工业化应用较多的甲醇精馏技术来说,基本上为两塔和三塔流程,而塔型上大多选用浮阀塔。两塔流程也称常压流程,是使用最早,最多的技术。三塔流程是在加压下操作。1.4甲醇精馏工艺技术分类71.4.1 按工艺分类 甲醇精馏按工艺主要分为3种: 双塔精馏工艺技术、带有高锰酸钾反应的精馏工艺技术和我国自行开发的三塔精馏工艺技术。我国众多中、小甲醇生产企业常采用双塔

23、精馏工艺技术，因为具有投资少、建设周期短、操作简单等优点, 尤其在联醇装置中得到了迅速推广。带有高锰酸钾反应的精馏工艺技术仅在单醇生产中用锌铬为催化剂的产品中有应用。近年来, 随着甲醇合成铜基催化剂的广泛应用和气体净化水平的提高,粗甲醇生产中的副反应减少和杂质的降低,三塔精馏工艺技术变为主流。因为其是为减少甲醇在精馏中的损耗和提高热利用率而开发的一种先进、高效和能耗较低的工艺流程, 近年来在大、中型企业中得到了推广和应用。1.4.2按塔内件分类 精馏塔按内件可分为板式精馏塔和填料型精馏塔。传统的精馏塔大都是以浮阀为主的板式塔, 随着新型板式塔的开发成功, 又出现了导向浮阀、斜孔筛板等结构, 但

24、由于板式塔开孔率低, 介质传质、传热效率差, 总体效果并不太理想。最近几年才出现的效率较高的填料塔, 采用以高效丝网波纹填料和配套的分布器为核心的精馏技术。1.5甲醇精馏工艺1.5.1双塔精馏工艺 国内中、小甲醇厂大部分都选用双塔精馏工艺, 传统的主、预精馏塔几乎都选用板式结构。双塔精馏工艺流程见图18。来自合成工段含醇90 %的粗甲醇, 经减压进入粗甲醇贮槽, 经粗甲醇预热器加热到45 后进入预精馏塔。甲醇的精馏分2个阶段: 先在预塔中脱除轻馏分, 主要是二甲醚; 后进入主精馏塔, 进一步把高沸点的重馏分杂质脱除, 主要是水、异丁基油等。从塔顶或侧线采出, 经精馏甲醇冷却器冷却至常温后, 就

25、可得到纯度在99.9 %以上的符合国家指标的精甲醇产品。1.5.2三塔精馏工艺近年来, 原有甲醇双塔精馏装置已不能满足企业的需要, 随着生产的强化, 不仅消耗大幅度上升, 而且残液中的甲醇含量也大大超过了工艺指标, 对企业的达标排放构成了较大的威胁。甲醇三塔精馏工艺技术是为了减少甲醇在精馏过程中的损耗, 提高甲醇的收率和产品质量而设计的。预精馏塔后的冷凝器采用一级冷凝, 用以脱除二甲醚等低沸点的杂质, 控制冷凝器气体出口温度在一定范围内。在该温度下, 几乎所有的低沸点馏分都为气相, 不造成冷凝回流。脱除低沸点组分后, 采用加压精馏的方法, 提高甲醇体分压与沸点, 并减少甲醇的气相挥发, 从而提

26、高了甲醇的收率。作为一般要求的精甲醇经加压精馏塔后就可以达到合格的质量, 如作为特殊需要, 则再经过常压精馏塔的进一步提纯。一般两塔的混合液可达到国际AA级标准, 其中乙醇含量仅80×10- 6, 能满足甲醇羰基化的技术指标要求。生产中加压塔和常压塔同时采出精甲醇, 常压塔的再沸器热量由加压塔的塔顶气提供, 不需要外加热源。粗甲醇预热器的热量由精甲醇提供, 也不需要外供热量。因此, 该工艺技术生产能力大, 节能效果显著【9】。 1.5.3双塔和三塔精馏技术比较同规模的装置三塔精馏与双塔精馏相比投资增加20%以上, 但运行费用一般可节省20 %。企业选择哪种精馏工艺技术, 主要取决于企

27、业甲醇实际生产能力、预期生产规模、甲醇市场行情, 以及企业的公用工程水、电、汽的富裕程度等。一般说来, 甲醇生产规模在5万t/ a以下时宜选择双塔精馏工艺, 因为双塔精馏工艺投资省、建设周期短、装置简单, 易于操作和管理,虽然消耗高于三塔精馏工艺技术, 但在5万t/ a生产规模以下时其经济技术指标较占优势。5万t/ a以上的企业宜选择三塔精馏工艺, 因为随着生产规模的扩大, 三塔精馏工艺的节能、高效优势才能体现出来。在每万吨甲醇的消耗投资方面三塔精馏低于双塔精馏工艺。另外, 三塔精馏工艺在双塔精馏装置进行增产、降耗的技术改造中有比较广阔的应用, 是企业扩大现有生产规模较经济、有效的技术措施。在

28、原有双塔流程中仅增加1台加压塔和部分设备, 装置生产能力就能翻1番; 比双塔流程节约能耗20 %以上; 由于增加了乙醇等产品的采出,产品质量符合国际AA标准, 有更广阔的销售市场和更高的产品售价; 由于两流程近似, 操作和管理方法易于接受。三塔精馏工艺是一项企业进行增产降耗技术改造的非常适合的、较好的技术方案【10】。填料型甲醇精馏工艺, 由于采用了先进的甲醇精馏专用丝网规整填料和配套的新型分布器,加之在系统热量的分配上合理优化, 从而使能耗大为降低。双塔精馏能耗达到传统的板式三塔消耗水平, 三塔精馏能耗比传统的板式三塔降低15 %以上, 5 万t/ a甲醇生产企业年运行费用可节省200万元以

29、上。甲醇精馏填料型三塔工艺技术和甲醇精馏专用丝网规整填料的成功开发, 为众多大、中型甲醇生产企业的增产、降耗提供了技术, 为企业大幅度降低甲醇生产成本、提高产品质量和扩大市场占有率提供了可能, 具有着明显的经济效益和社会效益。综上所述，二塔流程和三塔流程在甲醇精馏中都是比较成熟可靠的，由于我们设计的是年产18万吨的甲醇精馏塔的设备，综合考虑选择单塔精馏。1.6精馏设备介绍1.6.1常用板式塔的介绍 板式塔的构型有泡罩塔、浮阀塔和筛板塔三种【11】。 随着工业蒸馏建立起来，泡罩塔随之出现。泡罩塔塔板上的主要元件为泡罩，泡罩的尺寸为80mm、100mm、150mm三种，可根据塔径的大小来选择，泡罩

30、塔的底部开有齿缝，泡罩安装在生气管上，从下一块上升的气体经升气管从齿缝吹出，升气管的顶部高于泡罩齿缝上沿，以防止液体从中漏下，由于有了升气管，泡罩塔即使在很低的气速下操作，也不至于产生漏液现象。筛板塔，它的出现略迟于泡罩塔，其区别在于取消了泡罩与升气管，直接在板上开很多小直径的筛孔。操作时，气体高速通过小孔上升，板上的液体不能从小空中落下，只能通过降液管流到下层板，上升蒸汽使板上液层成为强烈搅动的泡沫层。浮阀塔，它的特点是在筛板上的每个筛板处安装一个可以上下浮动的阀体，当筛孔气速高时，阀片被顶起，气速低时，阀片因自重而下降，阀体可随上升气量的变化而自动调节开度，另外气体从阀体下吹出加强了气液接

31、触。通过比较，浮阀塔具有塔板结构简单，易于安装；气液接触状态良好，塔板效率高；可以在低负荷下操作，操作弹性大；由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，故其维持正常操作所容许的负荷波动范围较泡罩塔板及筛孔板都宽；允许的蒸汽速度大，生产能力大等优点。因而粗甲醇精馏均选用浮阀塔。1.6.2其他设备精馏装置的附属设备主要是各种形式的换热器，包括塔底溶液再沸器、塔顶蒸汽冷凝器、料液预热器、产品冷却器等。其中再沸器和冷凝器是保证精馏过程连续稳定操作所必不可少的两个换热器设备。再沸器的作用是将塔内最下面的一块塔板下的液体进行加热，使其中一部分液体发生汽化变成蒸汽重新汇入塔，以提供塔内上升的气流，从而保证塔板上

32、气、液两相的传质。冷凝器的作用是将塔顶上升的蒸汽进行冷凝，使之成为液体，之后将一部分冷凝液从塔顶回流入塔，以提供塔内下降的液流，使之与上升气流进行逆流传质接触。1.7甲醇精馏塔的设计1.7.1 塔型及总体情况为满足工艺要求，本设备采用浮阀型板式塔的结构。浮阀塔近年来发展很快，其工作性能优于泡罩塔和筛板塔，它具有操作弹性大、分离效率高 、处理能力大、压降较小、不怕脏枯物料、结构简单 、造价较低等优点。浮阀在塔板上的排列，为使绝大部分液体内部有气泡透过，并使相邻两阀容易吹开，鼓泡均匀，采用了对液流方向呈叉排的三角形排列方式，阀间距为75mm， 每层阀数 372个。本塔高 9.825m，塔径 1.6

33、m，塔板 10块，板间距600mm ，人孔处板间距900mm，塔顶空间高度1.4m，这一高度用以减少塔顶出口气体中夹带的液体量。塔底部空间高1.24m，这个高度用来保证釜液在塔内有一定的停留时间，釜液高度640mm ，设备采用裙座支承，裙座高度为2m 。1.7.2材料的选用设备材料的选择一方面要结合材料本身的特性，如焊接性能，耐腐蚀性能，冷热加工性能等外，主要应依据工作介质的特性，工艺操作压力、温度及工作特点。本设备工作介质比较复杂，含有多种组分，但主要为甲醇、水和一些有机成分，按HGJ4391压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类 的规定，甲醉为中度毒性，易燃易爆介质，它对碳钢的腐蚀很

34、小，年腐蚀率小于0.05mm/年。设备的设计压力为 0.75Mpa，对应的设计温度为150 ，设备为连续操作，根据GB15089钢制压力容器 、HGJ1589钢制化工容器材料选用规定 中规定，既要满足工艺要求，又要做到经济合理，所以设备壳体、封头的材料选用Q235B，在JB471092钢制塔式容器 中规定、裙座壳体材料按受压元件选取，经计算，裙座壳体厚度为6mm，按 GB15089中规定，Q235B材料的最大使用厚度限制为16mm，所以，设备裙座材料选用Q235B材料，设备各接管选用无缝管，材料为20#钢，塔盘上的塔板的各紧固螺栓为便于设备检修和拆卸的方便，防止锈死，材料选用1cr13、法兰紧

35、固件，螺栓选用商品等级8.8 级，螺母选用商品等级8级。地脚螺栓、螺母材料为Q235B。塔内件材料，包括支承梁、支持圈、塔板、受液盘、降液管等，由于介质腐蚀很小，故采用Q235B 的材料。所有的垫片材料均采用石棉板，因介质对石棉橡胶板有溶化作用。设备焊接材料按HGJ1589中规定，根据主体材料为碳钢故焊条选用J422。接管法兰材料按 HGJ4791凹凸面带顶平焊钢制管法兰的规定，材料为20锻。1.7.3强度、刚度计算(1) 容器壳体内压强度计算按GB15089的内压圆筒壁厚计算公式：计算厚度= pi di/2ø-pi=0.627mm，按 JB471092 ,最小厚度min=4.5mm

36、。考虑到高塔设备、它的载荷除压力外，还有重量载荷，静液体载荷风载荷、地展载荷 ，而且这些载荷的危险组合往往是高塔失稳破坏的主要原因，所以还必须进行刚度设计，塔体壁厚取9mm,裙座6mm经计算、校核、满足要求。(2) 关于高振型问题 本设备高9.285m、塔径1.6m、高径比为6.45，应视为柔性结构，在这种情况下，应考虑高振型对设备的影响，高振型计算方法按塔器 附录A进行。此法缺点在于求各个振型反应时都利用加速反应谱曲线求出各振型反应的最大值。但事实上各振型反应的最大值并不同时发生，使计算结果偏大。此外，此法计算较繁，故塔器规定，当塔的H/D>15或H<20m时，塔的地震弯距可按下

37、式计算：即将基本振型的地震弯距增大1.25倍， 本计算采用了此法。1.7.4结构设计（1）塔盘结构设备塔盘为单溢流分块式浮阀塔盘结构。浮阀选用型重阀，重阀的特点是振动频率低，滞后时间短，低气速时，池漏量小，易于保证产品质量。塔盘溢流堰为固定式平直堰塔板，积液高度64.mm 、堰高32.8mm 。降液管为弓形降液管。降液管及溢流堰虽然不能拆卸和调节，但结构简单 ,无泄漏的环节，而泄漏是精馏塔的一个主要缺陷,它严重影响和降低塔板效率。受液盘采用可拆式凹型结构 ,凹型受液盘的特点是对液体流向有缓冲作用 ，可降低塔盘液体入口处的液峰高度，使得液流平稳，有利于塔盘入口处更好地鼓泡。受液盘上开有两个泪孔，

38、便于停车检修时残液排净。液封盘在塔板最底层的降液管末端，起降液管出口处的液封作用 。免使气体走短路，液封盘上开设泪孔。泪孔的作用是在设备停车检修时能及时地排净设备内残存的液体。降液管上的连接螺孔为椭圆孔，在安装时可以调整溢流堰的高度和平直度，拧紧螺母后，螺母周围密封焊，从而防止螺栓松动和汽液泄漏。（2）塔盘的支承结构由于塔径为1.6m，人可进入塔内进行安装检修,所以塔板做成分块的,通过塔上的入孔送入塔内，安装在塔内的固定支承件上。塔内支承件有支持圈和支承梁，均与塔壳焊接连接，支持圈用扁钢，两根支承梁用角钢,角钢上有孔，用来紧固塔板。（3）裙座 接管 法兰 吊柱 入孔的设计裙座采用圆筒型、裙座与

39、塔下封头对焊连接 ，螺栓座12个，地脚螺栓公称直径M24。接管设计主要有内伸式和平齐式两种，为便于检修更换方便和不影响塔板的安装，内伸式的接管设计为可拆的结构。法兰选用标准法兰HG20593板式平焊法兰。人孔共设置为3个 塔顶 1个，塔釜1个，剩下1个均布在塔板间的区域范围内。1.8甲醇精馏塔的技术改造1.8.1新型垂直筛板 【12】新型垂直筛板属于板式塔的一种，主要结构在于它的喷射罩体。在气液接触原理上它与泡罩、浮阀塔扳有着本质的区别。泡罩和浮阀的气掖接触是在鼓泡状况下进行的。而新型垂直筛板是在喷射状况下进行的，气液经过罩内提升一 混合 撞击罩孔喷射 ( 液体被分散成大量小液滴)气液分离。由

40、于喷射形成的大量小液滴，为气液接触提供了很大的比表面积，从而具有很高的传质效率，极效率比浮阀高出10以上。由于气液喷射是水平方向，即使在很高的板孔气速下也不会出现物沫夹带，所以它具有很大的处理能力，比浮阀高出50以上。大量工业塔的应用已得到充分证明。最近，在垂直筛板塔的基础上又开发了径向导喷塔板，在性能上比新型垂直筛扳又提高了一步，同时弥补了新型垂直筛板在某 些方面的不足。该装置具有导喷特点，其一是导喷降低了塔板液层的液面梯度，减小了由于液面梯度造成的气体偏流；其二是导喷沿着液流方向进行，降低了塔盘液体的返混程度，有利于塔扳效率的提高。 1.8.2 甲醇预精馏塔萃取水加入方法的改进 将萃取水由

41、直接加入预塔改为直接加入预塔冷凝液收集槽，加入量不变。 在预塔冷凝液收集槽侧面开一出油孔，用以排放油相。 为回收油相中的甲醇，须对其进行二次萃取。 因采出量小且为间歇，因此二次萃取器容积小，只需 0.3m3即可。分离后水相去地下槽回到系统，油相到油水槽。1.8.3 降低甲醇精馏蒸汽消耗的途径 尽量提高粗甲醇进料温度 尽量减少萃取水用量 适当减小甲醇回流量 稳定各层塔温和整个精馏系统物料与热量的平衡 控制好精馏塔塔顶温度 控制好精馏塔塔底温度注意高级烷烃等杂质在精馏塔中的累积和处理 严格管理甲醇精馏原料和成品 第二章 甲醇精馏塔的工艺计算2.1甲醇精馏塔的物料衡算2.1.1原料液组成已知：F：进

42、料量（kmol/h） ：原料组成（摩尔分数下同） D：塔顶产品流量（kmol/h） ：塔顶组成 W：塔底残液流量（kmol/h） ：塔底组成 ：进料质量百分数甲醇的摩尔质量，水的摩尔质量。原料液温度75当 时 已知预后甲醇密度 （21） 质量分率：=0.8846 （22）摩尔分率：= （23）2.1.2塔顶组成已知塔顶气密度： 求出摩尔分率：8.39=8.4655x+3.9137(1-x) （24） XD=0.97 WD=0.9832.1.3釜液组成 已知塔底温度 Pw=0.75mpa残液密度当时 质量分率 ： （25） 摩尔分率： （26） 表 2.1 质量分率摩尔分率进料液0.88460.

43、8118镏出液0.9830.97釜液0.4680.331精甲醇年产量吨，工厂按天工作日计算 （27） 2.1.4质量流量全塔物料衡算 ： （28） （29） 将已知数据代入解得2.1.5摩尔流量原料液的平均摩尔质量：=29.29 （210） 原料液的摩尔流量： （211） 全塔物料衡式 （212） （213） 代入数据 解得 2.1.6体积流量进料体积流量 （214） 镏出液体积流量 （215） 釜液体积流量 （216） 以上计算结果汇总：表 2.2 质量流量 摩尔流量体积流量体积流量进料液25753.6 879.2633.939.42510-3镏出液20833 661.57630.558.4

44、8610-3釜液4920.6 217.6846.3991.77510-32.2塔板数的确定2.2.1求平均挥发度塔顶温度：t=125.70时 甲醇的饱和蒸汽压: 水的饱和蒸汽压: 进料温度：t=75时 甲醇的饱和蒸汽压：水的饱和蒸汽压： 塔底温度：t=148时 甲醇的饱和蒸汽压：水的饱和蒸汽压： 由 （217） t=125.70时, （218） t=75时, （219） t=148时, （220） 平均挥发度: （221） （222） 2.2.2求最小理论塔板数 根据劳斯克公式： （223） 2.2.3求最小回流比进料t=75 为过冷液体进料 （2-24） 进料线方程： -（1） （2-25）

45、 （2-26） e点为平衡线与q线交点 相对挥发度平衡线-（2） （2-27）（1）和（2）联立后求得e点（0.831，0.93748）且XD=0.97将数据代入方程式则： 2.2.4选取适宜回流比取 利用吉利兰关联图 （2-28） 由吉利兰关联图查得 （2-29） 将值代入此式 （2-30)依次取R的1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0倍，分别利用吉利兰关联图求出与其对应的N值，在直角坐标上标绘NR关系曲线（附图）：NR关系曲线 表2.2倍数RminRXYN1.10 0.30540.335940.0228603080.66196389913.1612

46、09351.20 0.30540.366480.0446987880.62124059711.638630141.30 0.30540.397020.0655824540.58997793610.674981461.40 0.30540.427560.0855725850.5639220089.9773941431.50 0.30540.45810.1047253270.5413441379.4370190921.60 0.30540.488640.1230922180.5213232499.0004856971.70 0.30540.519180.1407206520.5032937478.6374868811.80 0.30540.549720.1576542860.4868760138.3291292521.90 0.30540.580260.1739334030.471799178.0628407362.00 0.30540.61080.1895952320.4578610897.8298402932.10 0.30540.641340.204674230.4449057117.6237601412.20 0.30540.671880.2192023350.4328092767.4