甲醇精馏塔的设计

1、化工设备设计基础课程设计 题目：甲醇精馏塔的设计年级：2011级专业：化学工程与工艺学号：2姓名：高鑫政指导老师：徐琼湖南师范大学树达学院 2014 年 6 月 4 日化工设备机械基础课程设计成绩评定栏设计任务：甲醇精馏塔的设计完成人：高鑫政 学号：2评定基元评审要素评审内涵满 分评分设计说明书，40%格式规范设计说明书是否符合规定的格式要求10内容完整设计说明书是否包含所有规定的内容10设计方案选材是否合理标准件选型是否符合要求10工艺计算过 程工艺计算过程是否正确、完整和规范10设计图纸，30%图纸规范图纸是否符合规范、标注清晰10与设计吻合图纸是否与设计计算的结果完全一致15图纸质量设计

2、图纸的整体质量的全面评价5答辩成绩，30%PPT质量PPT画面清晰，重点突出10内容表述答辩表述是否清楚10回答问题回答问题是否正确10100评阅人签名： 总分：评分说明：储罐设计作品的总分=（设计说明书成绩+设计图纸成绩）*0.9+答辩成绩塔设备设计作品的总分=设计说明书成绩+设计图纸成绩+答辩成绩 设计任务书(十六)题目：甲醇精馏塔的设计设计内容：根据给定的工艺参数设计一筛板塔，具体包括塔体、裙座材料的选择；塔体及封头的壁厚计算及其强度、稳定性校核、筒体和裙座的水压试验应力校核、裙座结构设计及强度校核；塔设备的结构设计；基础环、地脚螺栓计算等 已知工艺参数：塔体内径/mm2000塔高/mm

3、31000计算压力/MPa1.2设计温度/oC200设置地区长沙地震设防烈度8场地土类类设计地震分组第二组设计基本地震加速度0.2g地面粗糙度B类塔盘数52塔盘存留介质高度/mm100塔盘间距/mm450介质密度塔釜存留介质高度/mm100半圆形平台数平台高度/mm1000半圆形平台宽度/mm800保温材料密度/Kg/m3315保温层厚度/mm100人孔间距/m5再沸器操作质量/Kg3800再沸器偏心距/mm2000介质腐蚀性设计要求：（1）计算单位一律采用国际单位，计算过程及说明应清楚；（2）所有标准件均要标记或代号；（3）对设计内容汇总，按规定的格式编写设计说明书；（4）设计说明书有封面、

4、目录、封底，目录有序号、内容、页码；（5）设计说明书中数据与装配图中的数据一致； （6）装配图采用A1号图纸手工绘制。21 / 26文档可自由编辑打印 目 录第1章前言1.1 摘 要31.2 设计内容和条件31.3塔体材料选择41.4裙座材料选择4第2章塔体结构设计与计算52.1 按计算压力计算塔体和封头厚度52.2 塔设备质量载荷计算52.2.1筒体和裙座质量52.2.2塔内件质量62.2.3保温材料质量62.2.4平台扶梯质量62.2.5物料质量62.2.6充水质量72.2.7质量载荷结果汇总表72.3风载荷计算7 2.4风弯矩计算92.5 地震载荷计算92.6 偏心弯矩计算102.7各载

5、荷引起的轴向应力102.8塔体与裙座的危险截面强度、稳定性校核11 2.8.1 危险截面强度校核.112.8.2 裙座与塔体对接焊缝截面拉应力校核112.8.3对各危险截面进行稳定性校核122.9塔体水压试验和吊装时的应力校核122.10 基础环板设计132.10.1基础环板内、外径132.10.2基础环应力校核132.10.3基础环厚度计算142.11地脚螺栓计算14第3章塔结构设计16 3.1 塔体163.2 板式塔及塔盘163.3 塔设备附件163.3.1接管163.3.2 除沫装置163.3.3 吊柱163.3.4 裙式支座163.3.5 保温圈17附录18 附表1：各部件尺寸大小18

6、附表2：质量载荷结果汇总18附表3：各载荷结果汇总19附表4：风载荷计算结果汇总19A主要符号说明20参考文献.21设计结果评价及总结21 第1章 前言 1.1 摘 要甲醇系结构最为简单的饱和一元醇，CAS号有67-56-1、170082-17-4，分子量32.04，沸点64.7。又称“木醇”或“木精”。是无色有酒精气味易挥发的液体。有毒，误饮510毫升能双目失明，大量饮用会导致死亡。用于制造甲醛和农药等，并用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。通常由一氧化碳与氢气反应制得。自2002年以来，我国甲醇市场受下游需求强力拉动，甲醇生产厂家纷纷扩产和新建，使得甲醇产能急剧增加，产量连年大幅增长。20

7、10年我国甲醇产能达到3757万吨，产量1575万吨，已成为世界第一大甲醇生产国。 1.2 设计内容和条件 题目：甲醇精馏塔的设计设计内容：根据给定的工艺参数设计一筛板塔，具体包括塔体、裙座材料的选择；塔体及封头的壁厚计算及其强度、稳定性校核、筒体和裙座的水压试验应力校核、裙座结构设计及强度校核；塔设备的结构设计；基础环、地脚螺栓计算等已知工艺参数：塔体内径/mm2000塔高31000计算压力/MPa1.2设计温度/oC200设置地区长沙地震设防烈度8场地土类类设计地震分组第二组设计基本地震加速度0.2g地面粗糙度B类塔盘数52塔盘存留介质高度/mm100塔盘间距/mm450介质密度塔釜存留介

8、质高度/mm100半圆形平台数平台高度/mm1000半圆形平台宽度/mm800保温材料密度/Kg/m3315保温层厚度/mm100人孔间距/m5再沸器操作质量/Kg3800再沸器偏心距/mm2000介质腐蚀性1.3塔体材料选择介质为甲醇对钢材腐蚀不大，温度在-20以上，承受一定的压力，故选用低合金钢16MnR，它具有良好的综合力学性能和工艺性能。它是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用器材。型号为16MnR。 1.4裙座材料选择Q235-A抗拉强度比较好，A表示在40度可以很好的使用，而使用地在长沙，所以裙座选取Q235-A。第2章塔体结构设计与计算2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度塔体

9、计算壁厚：塔体设计壁厚：塔体名义壁厚： 圆整后取：=12mm塔体有效壁厚： 封头设计壁厚：塔体设计壁厚：塔体名义壁厚： 取圆后整： 塔体有效壁厚： 圆整后取：2.2 塔设备质量载荷计算 2.2.1筒体和裙座质量m01：筒节DN=2000mm，=12mm，筒节总高度H=27.5m，裙座总高度H2=3mq1=596 Kg/m（附录4）， q2=438Kg（附录6）圆筒质量：m1=q1H0=596×27.5 =16390 Kg封头质量：m2=438×2 =876 Kg裙座质量：m3=q2H2=596×3 =1788 Kg2.2.2塔内件质量m02：筛板塔盘数：52，筛板

10、塔盘质量：65Kg/m2m02=2.2.3保温材料质量m03：d：保温层厚度，100 mm；2： 保温材料密度 315 Kg/m3m´03：封头保温材料的质量，Kg2.2.4平台扶梯质量m04:B:平台半径或宽度，100mm；qp：平台质量，150Kg/m2；n:平台数；HF：扶梯高度，30m； qF:扶梯质量,40Kg/m2.2.5物料质量m05:hw:板上液层高度，100mm；h0：塔釜圆筒部分深度；N塔板数；1：物料密度，791Kgm3；Vf：封头容积，mm3；附件质量ma:按经验值取m01的0.25倍,ma=0.25m01=4763.5Kg。2.2.6充水质量mw:偏心质量m

11、a：3800Kg操作质量：最大质量：最小质量：2.2.7质量载荷结果汇总表：（表1：质量载荷汇总）塔段 01 12 23 34 4顶 合计塔段长度/mm 1000 3000 7000 10000 10000 310000人孔与平台数 0 0 2 3 1 6塔板数 0 0 10 28 14 52操作质量/Kg最大质量/Kg最小质量/Kg2.3风载荷计算以2-3段为例：塔高H20m，q1=q0=350Nm2，动脉增大系数，按4-5查得为2.24；因地面粗糙度类别为B级，查表4-6得第3段脉动影响系数V3为0.72。，查表4-7，并用内插法求得第三段振型系数为0.189De3取a,b中较大者 a b

12、 Doi=Di + 2n=2024 mm 取K3=400mm，表2 计算段平台数110003500.70.720.00752.241.010.891002824622230003500.70.720.032.241.050.9740028242114370003500.70.720.192.241.3061.03112457328168074100003500.70.790.562.241.781.272134803304182995100003500.70.831.002.242.301.433111602984240452.4风弯矩计算 2.5 地震载荷计算等径、等厚度的塔，15按公式（4

13、-21）、（4-22）计算基本振型地震弯矩 Cz-综合影响系数，直立圆筒取0.5有地震设防烈度8级，设计基本地震加速度：0.2g查表4-8得max=0.16；由场地土类类，设计地震分组：第二组，查表4-9得Tg=0.4；已计算得T1=1.014s取第一振型脉动增加系数1=0.02，得衰减指数将上述各值代入图4-48中公式计算得a1=0.091 计算界面0-0¹，1-1¹，2-2¹的地震弯矩，并考虑高震型影响 2.6 偏心弯矩计算偏心质量 偏心距e=2000mm偏心弯矩 2.7各载荷引起的轴向应力由压力引起的轴向应力操作质量引起的轴向应力：截面0-0 截面1-1 其

14、中 截面2-2 其中 最大弯矩在筒体内引起的轴向应力 截面0-0 截面1-1 截面2-2 2.8塔体与裙座的危险截面强度、稳定性校核 2.8.1危险截面强度校核本设备为内压设备，最大组合轴向拉应力出现在正常操作的迎风侧，根据（4-30）验算得到截面2-2为最危险截面，对此截面进行强度校核 t=170MPa，=0.85，K=1.3， Kt =1.3×170×0.85=187.58MPa 满足要求 2.8.2 裙座与塔体对接焊缝2-2截面拉应力校核由于裙座与塔体内径相等，所以采用对接焊缝， 满足条件2.8.3对各危险截面进行稳定性校核 B=0.06Etei/ t =113MP

15、K=1.3 满足稳定性要求2.9塔体水压试验和吊装时的应力校核 水压试验时各种载荷引起的应力： （1）试验压力和液柱静压力引起的环向应力 液柱静压力=rH9.81=0.0001×310009.81=0.316 按第三章式（3-16）进行应力校核： 满足要求（2） 试验压力引起的轴向拉应力 （3） 最大质量引起的轴向压应力 （4）弯矩引起的轴向应力 最大组合轴向拉应力按（4-34）进行校核：液压试验时 最大组合轴向压应力按（4-35）进行校核：满足要求2.10 基础环板设计2.10.1基础环板内、外径取 2.10.2基础环应力校核：(1):(2) :取以上两者中的较大值b=2.01MP

16、a，选用100号混泥土，由表8-9查的其许用应力 Ra=5.0MPa，bmax=1.725.0MPa满足要求2.10.3基础环厚度计算：b=140MPa; C=3mm。，假设螺栓直径为M36，由表8-11查得L=160mm，当时，由表8-10查得 ： 取其中较大值，故Ms=5838.5 （Nmm）按有筋板时计算基础环厚度：圆整后取b=19mm 16mm ，合理2.11地脚螺栓计算，其中 （1）（2） 取以上两数中的较大值， 地脚螺栓的螺纹直径， 式中：d1为地脚螺栓螺纹直径，mm；C2为地脚螺栓腐蚀裕量，取3mm；n为地脚螺栓个数，一般去4的倍数；为地脚螺栓材料的许用应力，选取Q235-A时，

17、取 ，假设n=32，则 圆整后取，M36M24，合理 故选用 32-M36的地脚螺栓。 第3章塔结构设计3.1 塔体 塔体包括塔壳筒体、封头、人孔、手孔、叶面计、接管、法兰等各受压元件，其结构形式和要求应满足GB150有关规定。 3.2 板式塔及塔盘因塔径为2000mm大于800mm 故选用分块式塔盘 3.3 塔设备附件3.3.1接管 塔设备的塔体上配有各种工艺接管和仪表接管，大多数接管与一般容器上接管结构相同。3.3.2 除沫装置 除沫装置属气液分离装置，用以出去气体夹带的液滴和雾沫，保证传质效率。触摸装置可安装在塔内或塔上部，也可作为独立的气液分离设备。3.3.3 吊柱 对于高度大于15m

18、的室外无框架的整体塔，应考虑安装和检修时起吊塔台及其他附件方便，所以常在塔顶安装可转动的吊柱。3.3.4 裙式支座裙座是塔设备广泛采用的一种支座，裙座有圆筒形和圆锥型两种，这次设计采用圆筒形。3.3.5 保温圈塔外保温材料的支撑圈叫保温圈。塔体保温圈为型；塔顶保温圈为型；塔底保温圈为型。 但条件已提供保温材料。密度为315Kg/m3 附录附表1：各部件尺寸大小筒体高度/m27.5裙座高度/m3塔体名义壁厚/mm12塔体有效壁厚/mm10裙座名义壁厚/mm12裙座有效壁厚/mm10基础环外径/mm2300基础环内径/mm1700基础环应力/MPa1.72基础环厚度19mm地脚螺栓个数32地脚螺栓

19、直径/mm36筒体和封头材料16MnR裙座材料Q-235A裙座类型圆筒型塔盘分块式附表2：质量载荷结果汇总塔段 01 12 23 34 4顶 合计塔段长度/mm 1000 3000 7000 10000 10000 310000人孔与平台数 0 0 2 3 1 6塔板数 0 0 10 28 14 52塔体质量/Kg19054塔内件质量/Kg10613保温材料质量/Kg6109平台扶梯质量/Kg4618物料质量/Kg18777充水质量/Kg88610操作质量/Kg最大质量/Kg最小质量/Kg附表3：各载荷结果汇总风弯矩 地 震 载 荷操作质量引起的轴向应力截面0-0 10.56MPa最大弯矩引起

20、的轴向应力截面0-0 44.21MPa截面1-1 10.43MPa截面1-1 43.80MPa截面2-2 9.61MPa截面2-2 36.74MPa偏心弯矩0.746×108N/mm压力引起的轴向应力 60MPa附表4：风载荷计算结果汇总计算段平台数110003500.70.720.00752.241.010.891002824622230003500.70.720.032.241.050.9740028242114370003500.70.720.192.241.3061.03112457328168074100003500.70.790.562.241.781.272134803304182995100003500.70.831.002.242.301.43311160298424045A主要符号说明基础环面积：Ab 平台质量： 裙座筒体的截面积： 笼式扶梯质量：基础环伸长宽度：b 各类土场的特征周期：厚度附加量：C 自振周期： 塔内直径： 设计温度：t弹性模量：E 裙座筒体的截面系数：塔体高度：H 常温屈服点：笼式扶梯高度： 介质密度 ：塔盘介质层高度 ： 塔外保温层厚度