苯甲苯连续精馏塔机械设计

1、目目 录录第一章第一章 绪论绪论.11.1 设计题目.11.2 精馏及精馏流程.11.3 精馏的分类.11.4 精馏塔的工作原理.21.5 精馏操作的特点.21.6 塔板的类型与选择.3第二章第二章 精馏塔的设计任务精馏塔的设计任务.42.1 精馏塔的工艺参数.42.2 设计内容.42.3 工艺流程设计方案.5第三章第三章 精馏塔的工艺设计计算精馏塔的工艺设计计算.63.1 设计方案确实定.63.2 精馏塔的物料衡算.63.2.1 原料液、塔顶和塔釜产品的摩尔分数.63.2.2 原料液、塔顶和塔釜产品的平均摩尔质量.63.2.3 物料衡算.63.3 塔板数确实定.73.3.1 理论塔板数确实定

2、.73.3.2 求实际塔板数.103.4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算.103.4.1 操作压力.103.4.2 操作温度.103.4.3 平均摩尔质量.103.4.4 平均密度.113.4.5 液相平均外表张力.113.4.6 液相平均黏度.123.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算.123.5.1 塔径的计算.123.5.2 精馏塔有效高度的计算.133.6 塔板主要工艺尺寸的计算.143.6.1 溢流装置计算.143.6.2 塔板布置及浮阀数目与排列.163.7 塔板流体力学验算.183.7.1 气相通过浮阀塔板的压降.183.7.2 淹塔.203.7.3 雾沫夹带.203.8 塔板负

3、荷性能图.223.8.1 雾沫夹带线.223.8.2 液泛线.223.8.3 液相负荷上限线.233.8.4 漏液线.233.8.5 液相负荷下限线.243.9 计算结果汇总.25第四章第四章 精馏塔机械设计精馏塔机械设计.274.1 选材.274.2 塔器壁厚及质量计算.274.2.1 塔器壁厚计算.274.2.2 塔的质量计算.284.3 塔体强度与稳定性校核.324.3.1 塔的根本自振周期计算.324.3.2 地震载荷计算.324.3.3 风载荷的计算.354.3.4 各种载荷引起的轴向应力.384.3.5 筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核.404.3.6 筒体和裙座水压试验应力校

4、核.414.4 根底环厚度计算.434.5 地脚螺栓计算.444.5.1 地脚螺栓计算承受的最大压力.444.5.2 地脚螺栓直径.444.5.3 裙座与塔壳连接焊缝验算.444.6 开孔与孔补强计算.454.6.1 填料上下塔段连接部位的补强计算.454.6.2 有效补强范围.464.6.3 有效补强面积.464.7 接管的选用.474.8 接管法兰的选取.48第五章第五章 塔设备的制造及安装塔设备的制造及安装.505.1 制造要求.505.2 组装要求.515.3 封口前的检查.52心得体会心得体会.53参考文献参考文献.55第一章 绪论1.1 设计题目设计题目苯甲苯连续精馏塔的工艺设计浮

5、阀塔 精馏及精馏流程精馏及精馏流程精馏是多级别离过程，即同时进行屡次局部汽化和局部冷凝的过程。因此可是混合物得到几乎完全的别离。精馏可视为由屡次蒸馏演变而来的。精馏操作广泛用于别离纯化各种混合物，是化工、医药、食品等工业中尤为常见的单元操作。化工成产中，精馏主要用于以下几种目的:1获得馏出液塔顶的产品；2将溶液多级别离后，收集馏出液，用于获得甲苯，氯苯等；3脱出杂质获得纯洁的溶剂或半成品，如酒精提纯，进行精馏操作的设备叫做精馏塔。精馏过程中采用连续精馏流程，原料液经预热器加热到指定温度后，送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔顶上部下降的回流液体集合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上

6、，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局部液体作为塔底产品，局部汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝，并将局部冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余局部经冷却器后被送出作为塔顶产品。根据精馏原理可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还有配原料液，预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。1.3 精馏的分类精馏的分类按操作方式可分为:间歇式和连续式，工业上大多数精馏过程都是采用连续稳定的操作过程。化工中的精馏操作大多数是别离多组分溶液。多组分精馏的特点：能保证产品质量，满足工艺要求，生

7、产能力大；流程短，设备投资费用少；耗能量低，收率高，操作费用低；操作管理方便。1.4 精馏塔的工作原理精馏塔的工作原理塔设备的工作原理是通过内部结构使气液两相或液液之间充分接触，实现质量传递和热量传递。它是一种重要的单元操作设备，在石油化工、炼油、医药及环境保护等工业部门应用广泛。蒸馏装置包括精馏塔，原料预热器，蒸馏釜再沸器 ，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式的不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。连续蒸馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点，工业生产中以连续蒸馏为主。间歇蒸馏具有操作灵活、适应性强等优点，适合于小规模、多品种或多种组分物系的初步别离。本设计主要内容，主要

8、是工艺设计局部，塔板的类型和选择、操作压力的选择、精馏塔的物料衡算、确定塔高、塔径、理论塔板数、全塔效率、塔顶及塔底产品的预分配、溢流装置的设计、塔板流体力学验算、气相通过筛板塔的压强降等。本次设计的题目是苯甲苯连续精馏塔的工艺设计，选用筛板式塔。此塔具有生产能力较大、操作弹性大、液面落差也较小、压力降小、结构简单、造价低等特点，开展前途广泛，主要应用于石油、化工、轻工、医药及环境保护等领域。1.5 精馏操作的特点精馏操作的特点 从上述对精馏过程的简单介绍可知，常见的精馏塔的两端分别为汽化成分的冷凝和液体的沸腾的传热过程，精馏塔也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比，精馏操作又有如下特点：1

9、)沸点升高 精馏的溶液中含有沸点不同的溶剂，在相同的压力下溶液的蒸汽压较同温度下纯溶剂的汽化压低，使溶液的沸点高于醇溶液的沸点，这种现象称为沸点的升高。在加热汽化温度一定的情况下，汽化溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂的纯温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。2)物料的工艺特性 精馏溶液本身具有某些特性，如某些物料在参加到溶液中时可与溶液中的某一组分或几组分形成恒沸液等。如何利用物料的特性和工艺要求，选择适宜的精流流程和设备是精馏操作彼此需要知道和必须考虑的问题。3)节约能源 精馏汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸汽。如何充分利用热量提高加热蒸汽的利用率是精馏操作需要考虑的另一个问题

10、。 塔板的类型与选择塔板的类型与选择 塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类 ，工业应用以错流式 塔板为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板、筛孔塔板和浮阀塔板。我们应用的是浮阀塔板，因为它是在泡罩塔板和筛孔塔板的根底上开展起来的，它吸收了两种塔板的优点。它具有结构简单，制造方便，造价低；塔板开孔率大，生产能力大；由于阀片可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。第二章 精馏塔的设计任务2.1 精馏塔的工艺参数精馏塔的工艺参数1. 进精馏塔的料液含苯 35%(质量)，其余为甲苯。2. 产品的苯含量不得低于 98%质量 。3. 釜液

11、中苯含量不得高于 3.0%质量 。4. 生产能力为年8000 小时产 16 万吨 98%质量的苯产品。5. 操作条件1精馏塔塔内压强 常压2进料热状态 泡点3回流比 自选4加热蒸汽 低压饱和蒸汽5单板压降 6塔顶压强 35kPa表压6. 设备型式 浮阀塔7.厂址为锦州地区。2.2 设计内容设计内容1.确定精馏装置流程2.精馏塔的工艺设计塔板数根底数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论，塔板效率，实际塔板数，板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置，流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性等等。3. 精馏塔的机械设计选材，壁厚质量计算，载荷的校核，如地震载荷风弯距计算等，开孔补强等等。

12、4. 主要附属设备设计计算及选型2.3 工艺流程设计工艺流程设计方案方案工艺流程：原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出局部液体作为塔底产品釜残液再沸器中原料液局部汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或局部冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余局部经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。为了便于了解操作中的情况及时发现问题和采取相应的措施，常在流程中的适当位置设置必要的仪表。比方流量计、温度计和压力表等

13、，以测量物流的各项参数。第三章 精馏塔的工艺设计计算3.1 设计方案确实定设计方案确实定 本设计任务为别离苯和甲苯二元混合物，故采用常压下的连续精馏装置。本设计采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽用全凝器冷凝，冷凝液在泡点温度下一局部回流至塔内进一步精馏，其余局部作为产品经冷却器冷却后送入储罐。该物系属易别离物系，故采用的最小回流比拟小，操作回流比取最小回流比的倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔釜产品经冷却后送入储罐。3.2 精馏塔的物料衡算精馏塔的物料衡算3.2.1 原料液、塔顶和塔釜产品的摩尔分数原料液、塔顶和塔釜产品的摩尔分数苯的摩尔质量 kmol/kg78A

14、M甲苯的摩尔质量 kmol/kg92BM 0.35 780.390.35 780.65 92Fx 0.98 780.9830.98 780.02 92Dx 0.03 780.0350.03 780.97 92Wx3.2.2 原料液、塔顶和塔釜产品的平均摩尔质量原料液、塔顶和塔釜产品的平均摩尔质量0.39 780.61 9286.54FMkg / kmol0.983 780.017 9278.24DMkg / kmol0.035 780.965 9291.51WMkg / kmol3.2.3 物料衡算物料衡算原料处理量 2 104231.1186.54Fkmol/ h对苯进行物料衡算 231DW

15、0.9830.035231.11 0.3990.13DW联立解得， 86.55kmol/ hD 144.45kmol/ hW 3.3 塔板数确实定塔板数确实定3.3.1 理论塔板数确实定理论塔板数确实定 苯-甲苯属二元理想物系，采用图解法求理论塔板数。苯-甲苯气液平衡与温度关系，见附表一表表 1-1-苯苯- -甲苯气液平衡与温度关系表甲苯气液平衡与温度关系表苯的摩尔分数苯的摩尔分数液相汽相温度/C液相汽相温度/C1由苯-甲苯气液平衡数据绘图，见附图 1。yx 附图附图 1 1(2) 求最小回流比和操作回流比 由附图 1 可知 ，0.39qx 0.609qy 那么最小回流比为 min0.9830

16、.6091.710.6090.39DqqqxyRyx操作回流比 min1.52.56RR3 求精馏塔的汽液相负荷2.56 86.55221.57LRDkmol/ h(1)(2.56 1) 86.55308.12VRDkmol/ h221.57 1 231.11452.68LLqF kmol/ h(1)308.12VVq F）（h/kmol(4) 操作线方程精馏段操作线方程：12.5610.9830.720.28112.56 13.56DRyxxxxRR提馏段操作线方程：452.68144.450.0351.470.016308.12308.12WLWyxxxxVV5图解法求理论塔板数 由附图

17、1 可知，总理论塔板数，其中，不包括再沸器 。15TN ,7TN精,8TN提 (6) 估算全塔效率因塔顶为全凝器，那么塔顶第一块塔板处气相组成 ，由附图 1 知第10.983Dyx一块塔板处液相组成，进料板处液相组成，气相组成，塔10.958x 0.39Fx 0.609Fy 底液相组成 ，气相组成 ，0.035Wx0.050Wy那么塔顶、进料板和塔底相对挥发度为 0.9580.9831 0.9581DD（） 0.390.60910.39(1)FF0.0350.0510.0351WW（）解得， 2.471D2.44F1.451W塔内平均相对挥发度为 332.47 2.44 1.4512.06mD

18、FW 由气液平衡数据估算温度 ， ， 82DtC92FtC110WtC那么塔内平均温度 94110928233WFDmttttC进料液组成，在 94时苯和甲苯黏度分别为0.39Ax 0.61Bx C smPa26. 0AsmPa30. 0B 0.39 0.260.61 0.300.284LiiAABBxxx由法得全塔效率connellO0.250.250.49()0.49 (2.06 0.284)0.56omLE 3.3.2 求实际塔板数求实际塔板数精馏段塔板数 ,8 0.5614.2815opTNNE精精提馏段塔板数 ,7 0.5612.513opTNNE提提3.4 精馏塔的工艺条件及有关物

19、性数据的计算精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算3.4.1 操作压力操作压力塔顶操作压力 101.3335136.33Dp kPa进料板处压降 136.330.7 15146.83Fp kPa塔底压降 136.330.7 (15 13)155.93WpkPa精馏段平均压降 136.33 146.83141.582mpkPa3.4.2 操作温度操作温度 依据操作压力，由泡点方程，通过试差计算出泡点温度，其中，苯-甲苯的饱和蒸汽由安托尼方程计算，计算过程略，故塔顶、进料板和塔底温度分别为： 82.5Dt C96.7Ft C115.6WtC精馏段平均温度 82.596.289.3522DFmtttC

20、3.4.3 平均摩尔质量平均摩尔质量塔顶气相和液相平均摩尔质量，其中，。10.983Dyx10.958x 0.958 780.042 9278.59LDmMkg / kmol0.983 780.017 9278.24VDmMkg / kmol进料板处气相和液相平均摩尔质量，由附图 1 知，。0.59Fy 0.37Fx 0.37 780.63 9286.82LFmMkg / kmol0.59 780.41 9283.74VFmMkg / kmol精馏段气相和液相平均摩尔质量78.5986.8282.7122LDmLFmLmMMMkg / kmol78.2483.7480.9922VDmVFmVm

21、MMMkg / kmol3.4.4 平均密度平均密度1气相平均密度由理想气体状态方程计算，即141.58 80.993.8048.314 (273.1589.4)mVmVmmp MRT3kg / m2液相平均密度 液相平均密度计算公式： iimw1塔顶液相平均密度：由 查得 ，。82.5Dt C3m/kg9 .812A3m/kg5 .809B塔顶液相的质量分数 91. 092079. 078921. 078921. 0Aw6 .8125 .80909. 09 .81291. 01LDm3kg / m进料板液相平均密度：由 查得，。96.7Ft C3m/kg0 .797A3m/kg2 .795B

22、进料板液相的质量分数 0.37 780.3320.37 780.63 92Aw1795.80.332 797.00.668 795.2LFm3kg / m精馏段液相平均密度： 812.8795.8804.322LDmLFmLm3kg / m3.4.5 液相平均外表张力液相平均外表张力液相平均外表张力计算公式： iiLmx塔顶液相平均外表张力：由 查得82.5Dt C，m/N102.213Am/N104.213B0.958 21.20.042 21.421.21LDm310 N / m进料板液相平均外表张力：由 查得96.7Ft C，m/N104 .193Am/N108 .193B0.37 19

23、.40.63 19.819.65LFm310 N / m精馏段液相平均外表张力： 21.21 19.6520.4322LDmLFmLm310 N / m3.4.6 液相平均黏度液相平均黏度液相平均黏度计算公式： iiLmxlglg塔顶液相平均黏度： 由 查得82.5Dt C，0.32Pa sAM0.33Pa sBM0.958 0.320.042 0.330.32LDmPa s M进料板液相平均黏度：由 查得96.7Ft C，0.25Pa sAM0.27Pa sBM0.37 0.250.63 0.270.263LFmmPa s 精馏段液相平均黏度：0.3200.2630.29122LDmLFmL

24、mPa s M3.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算精馏塔的塔体工艺尺寸计算3.5.1 塔径的计算塔径的计算(1) 最大空塔气速和空塔气速 最大空塔气速计算公式 VVLCumax精馏段气、液相体积流率为,221.57 82.710.006336003600 804.3LmV LLmLMq3m /s,308.12 80.991.82236003600 3.804VmV VVmVMq3m /s由 关联图查，其中横坐标为BRSmith.,20C1 21 2,0.0063804.30.0501.8223.804V LLmV VVmqq取板间距，板上液层高度，那么m45. 0THm05. 0Lh4 . 005

25、. 045. 0LThH）（m查?化工原理课程设计?图 3-3得，那么 086. 020C0.20.22020.420.0860.0862020LmCC max804.33.8040.0861.2483.804LVVuCm/s空塔气速，取平安系数为，那么max)8 . 06 . 0(uu max0.60.6 1.2480.75uum/s2 塔径,44 1.8221.7593.14 0.75V VqDum按标准化圆整取 。1800mmD 塔截面积为 223.141.82.54544TAD2m实际空塔气速为 ,1.8220.722.545V VTquAm/s3.5.2 精馏塔有效高度的计算精馏塔有

26、效高度的计算精馏段有效高度 ,(1)(15 1) 0.456.3TpZNH精精）（m提馏段有效高度 ,(1)(13 1) 0.455.4TpZNH提提）（m在进料板、精馏段和提馏段各开一个人孔，有人孔处板间距均为，故精馏塔的有效高度0.8 36.35.40.8 314.1ZZZ提精m塔体总高度计算公式 BFTTpDHHSHHSNHH)2(式中 塔顶空间高度，通常取，m；DHTH)0 . 25 . 1 (塔底空间高度，m；BH塔板间距，m；TH开有人孔的塔板间距，m；TH进料板处空间高度，m；FH实际塔板数，个；pN人孔数目不包括塔顶空间和塔底空间的人孔 ，个。S3.6 塔板主要工艺尺寸的计算塔

27、板主要工艺尺寸的计算3.6.1 溢流装置计算溢流装置计算单流型是最简单也是最常用的一种液流型式，此种液流方式液体流径较长，塔板效率较高，塔板结构简单，加工方便，广泛应用于直径以下的塔中，本次结构设计选用单溢流弓形降液管，凹型受液盘。各项工艺尺寸计算如下：1堰长 单溢流堰长取 那么WlWlD)8 . 06 . 0(0.70.7 1.81.26WlD）（m2堰高 堰高计算公式 WhwLWhhh0选用平直堰，堰上液层高度计算公式 wh032,0100084. 2WLVwlqEh查液流收缩系数见附图 2,其中横坐标 E2.52.50.0063 360012.73( )(1.26)wLlRlwxAaDW

28、sAfAfWcWstWd7 . 066. 0DlW 附图附图 2 2堰长，m； 塔径，m； 液相流量，WlDLh/m3根据设计经验，为使引起误差满足工程设计要求近似取，那么0 . 1E2 32 3,02.842.840.0063 36001.00.02100010001.26V LwWqhEl）（m堰高为 00.050.020.03WLwhhh）（m3弓形降液管宽度及截面积dWfA塔板布置及主要参数见附图 3查附图 4，其中,7 . 066. 0DlW，。0.15dWD0.085fTAA0.150.15 1.80.27dWD）（m 0.0850.085 2.5450.216fTAA）（2m验算

29、液体在降液管中停留时间 附图附图 3 30.10.080.060.050.040.030.020.010.40.50.60.70.80.91.00.20.30.40.5Wd/DAf/ATlw/D ,36003600 0.216 0.450.0063 360015.43sfTV LA Hq5s故降液管设计合理。4降液管底隙高度 0h计算公式取，那么00.25m/su ,003600 0.00630.0236003600 1.26 0.25V LWqhl um 范围内，0.030.020.01mWohh 该值在，故降液管隙高度设计合理。 附图附图 4 46 12mm3.6.2 塔板布置及浮阀数目与

30、排列塔板布置及浮阀数目与排列 浮阀的型式多样，目前应用最广泛的是 F1 型，其结构简单，制造方便，性能好，省材料，对于工业生产的浮阀塔，当板上所有阀刚开始全开时，阀孔动能因数在之间，9 12取，那么孔速为 100F00106.153.804VmFu）（s/m每层塔板上的浮阀数为,22001.8222483.140.0396.1544V VqNd u取边缘区宽度，泡沫区。 m06. 0cW0.08msW 鼓泡区面积计算公式 附图附图 5 5,003600V LWqhl u2221a2sin180 xAx RxRR75tt 1.80.060.8422cDRW1.8()(0.270.08)0.552

31、2dsDxWWm2221a222122sin1800.5520.550.840.550.84sin1.706m1800.84xAx RxRR浮阀排列方式采用等边三角形叉排，见附图 5 。取同一横排的孔心距，那么m075. 0mm75t a1.70671mm248 0.075AtNt取常用值。m08. 0t按，以等腰三角形叉排方式作图见附图 6，得实际浮阀数0.075mt m075. 0t个，见附图 7。283N 附图附图 6 6 附图附图 7 7按重新核算孔速及阀孔动能因数：283N ,02201.8225.393.140.03928344V Vqud N）（s/m005.393.80410.

32、51VmFu阀孔动能因数变化不大，仍在范围内，故设计合理。129塔板开孔率在范围内10% 14%000000.7210013.45.39uu3.7 塔板流体力学验算塔板流体力学验算3.7.1 气相通过浮阀塔板的压降气相通过浮阀塔板的压降 塔板压降计算公式 hhhhlcp1干板阻力 ch临界孔速 11.82511.825073.173.15.053.804cVmum/s因，那么干板压降为cuu002205.393.8045.345.340.0522 9.81804.3VmcLmuhgm2板上充气液层阻力 lh查附图 7，其中横坐标，42.100F得充气系数，那么板上充气液层阻力为 00.4500

33、.45 0.050.0225lLhhm式中，塔板上清液层高度；lh 充气系数； 00.80.401.21.62.02.42.80.50.60.70.80.91.00F0附图附图 8充气系数反映板上液层的充气程度，通常取。当液相为水溶液时，0.5 0.6，当液相为油时，故取00.500.4 0.500.453克服外表张力所造成的阻力 h阀塔很小可忽略不计，故气体流经一层h浮阀塔板的压降相当的液柱高度为 0.050.02250.0625pclhhhm单板压降 p0.0625 804.3 9.81493.1pLmphgPa一般浮阀塔压降比筛板塔大，对常压塔和加压塔，每层浮阀塔板压降为，265 530

34、Pa故设计合理。3.7.2 淹塔淹塔为防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中液层高度。)(WTdhHH计算公式 dHdLdhhhHp1与气体通过塔板压降相当的液柱高度。0.0625mph 1液体通过降液管的压头损失，不设进口堰那么dh22,00.00630.1530.1530.00961.26 0.02V LdWqhl hm3板上清液层高度 取，那么 m05. 0Lh p0.06250.050.00960.122dLdHhhhm取，5 . 0m45. 0TH0.02mWh 那么 ()0.5 (0.450.02)0.24TWHhm因为 ，故符合防止淹塔设计要求。0.12m()0.245mdTWHH

35、h3.7.3 雾沫夹带雾沫夹带泛点率计算公式 1F00,110036. 1bFLLVVmLmVmVVAKCZqqF 00,110078. 0TFVmLmVmVVAKCqF板上液体流经长度 20.92 0.271.260LdZDW m板上液流面积 22.5452 0.2162.113bTfAAA m物系系数见附表 3。 0.010.040.10.41.04.01020401000.050.10.15板 间 距1.20m0.910m0.610m0.300m0.450mCFV/（kg/m3）表表 3 3 物系系数物系系数系统K系统K无泡沫正常系统氧化物中等发泡多泡系统严重起泡形成稳定泡沫 按无泡沫正

36、常系统取。0 . 1K查泛点负荷图，见附图 8，其中横坐标33.97kg / mVVm附图附图 9 9查得。0.125FC 按式计算，即,00100001.361003.801.8223.801.36 0.0063 1.260804.32.9210051.61.0 0.125 2.113VmV VV LLLmVmFbqqZFKC A按式计算，即,00000013.801.8223.80804.32.9210010050.60.780.78 1.0 0.125 2.545VmV VLmVmFTqFKC A两式计算出的泛点率都在 80以下，故可知雾沫夹带量能够满足的设计要求。汽液 kg/kg1 .

37、 0Ve3.8 塔板负荷性能图塔板负荷性能图3.8.1 雾沫夹带线雾沫夹带线按按式计算，其中泛点率取，即00180F,3.801.361.36 1.26804.33.800.81.0 0.125 2.113VmV VV LLV VV LLmVmFbqqZqqKC A整理得 1,24.63V VV Lqq 雾沫夹带线是一条直线，在操作范围内任取两个值，依1式求出相应的LVq,值列于附表 4 中。VVq, 附表附表 4 4 雾沫夹带线数据雾沫夹带线数据）（s/m/3,LVq）（s/m/3,VVq3.8.2 液泛线液泛线 由确定液泛线。式中很小dwWlcdLpWThhhhhhhhhhH0)(h忽略不

38、计，那么20,32,020153. 0100084. 2)1 (234. 5)(hlqlqEhguhHwLVwLVWLmVmWT物系及塔板结构尺寸一定，那么、及等均THwh0hwlVmLm0为定值，且 式中和亦为定值。NdquVV20,040dN整理得： 2222 3,0.0112410.00350.2V VV LV Lqqq 在操作范围内任取假设干个值，依2式求得相应的值列于附表 5 中。LVq,VVq, 附表附表 5 5 液泛线数据液泛线数据）（s/m/3,LVq）（s/m/3,VVq3.8.3 液相负荷上限线液相负荷上限线液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于，即s53,36003

39、 5sfTV LA Hq求出上限液体流量值常数 ，图上，液相负荷上限线为与气体流量LVq,VVq,LVq,无关的竖直线。VVq,以作为液体在降液管中停留时间的下限，那么s5 3,max0.216 0.450.0255fTV LA Hq3m /s3.8.4 漏液线漏液线对于 F1 型重阀，依计算，那么 500VmuFVmu50又知 ，020,4NudqVV以作为规定气体最小负荷的标准，那么气相负荷下限值为 50F 422,00min3.1450.0392830.87443.79V Vqd Nu3m /s3.8.5 液相负荷下限线液相负荷下限线取堰上液层高度作为液相负荷下限条件，计算公式为m006

40、. 00wh006. 0360010002.8432min,wLVlqE取，那么0 . 1E 53 2,min0.006 10001.260.00112.84 1.03600V Lq3m /s根据附表四、附表五及式可分别作出塔板负荷性能图上的共五条线，）（）（53见附图 10。附图附图 1010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 A设计点处在适宜操作区域的适中位置。 塔板的气相负荷上限完全由雾沫夹带控制。 按照固定的液气比，由附图 10 查出塔板的气相负荷上限，3,max2.95m /sV Vq气相负荷下限。那么操作弹性为 3,min0.87m /sV Vq,max,m

41、in2.953.390.87V VV Vqq3.9 计算结果汇总计算结果汇总附表附表 6 6 浮阀塔板工艺设计结果浮阀塔板工艺设计结果工程数值及说明备注塔径m/D板间距m/TH塔板型式单溢流弓形降液管整块式塔板空塔气速）（s /m/u堰长m/wl堰高m/wh板上液层高度m/Lh降液管底隙高度m/0h浮阀数/个N283等边三角形叉排阀孔气速）（s/m/0u阀孔动能因数0F临界阀孔气速）（s/m/0cu孔心距m/ t同一横排的孔心距排间距m/t相邻两横排的中心线距离单板压降Pa/pp液体在降液管内停留时间s /降液管内清夜层高度m/dH泛点率/%52.1%气相负荷上限）（s/m/3max,VVq雾

42、沫夹带控制气相负荷下限）（s/m/3max,VVq漏液控制操作弹性第四章 精馏塔机械设计4.1 选材选材由于容器设计压力，钢板使用温度350,用途用于壳体，厚度不大于 20mm,使用毒性程度满足 Q235-B 要求，以强度设计为主，依次选用 Q235、20R、16MnR，根据本次设计要求，由参考文献8，优先选用 20R 作为筒体材料，其设计温度下的许用应力=123MPa, 其试验温度下的 = 133MPa，裙座材料选择 Q235-B，其t245sMPa许用应力 =105MPa, =113MPa，。t235sMPa51.9 10EMPa4.2 塔器壁厚及质量计算塔器壁厚及质量计算4.2.1 塔器

43、壁厚计算塔器壁厚计算由参考文献8，圆筒壁厚 =，2 citcPDP封头壁厚 ： =， 故计算如下：2 0.5cicPDP直径=1800，设厚度为 616 ，材料许用压力 =133MPa，那么：iDmmmmt圆筒： = 2 citcPDP0.15 18002 133 0.850.15mm由 GB150 查得：双面焊对接接头，局部无损检测85. 0厚度附加量 C= C + C ；C =1；C =2；121mm2mm圆筒的设计厚度： + Cd2mm名义厚度： + Cnd1mm圆整得 6mm,取厚度 12mm。有效厚度： =-C -C =122-1=9en12mm满足厚度 616，所以符合要求。mm由

44、 GB150 查得：为标准封头取=1，K封头： = 02 0.5cicPD KP0.15 1800 12 133 0.850.5 0.15mm+ C hdh2mm+ C hnhd1mm圆整得 6，取 12。mmmm有效厚度 ，满足厚度 616，符合要求。921CChnhemmmm由参考文献8知，=1mm,=2mm,故封头厚度为 12mm ,圆筒厚度为 12mm。 1C2C裙座的名义厚度：，有效厚度，满足厚度 61612nsmm1239esnsCmm，所以符合要求。mm4.2.2 塔的质量计算塔的质量计算1、塔高的估算工艺计算中我们知道，实际板数，根据后续设计可确=15Z =13Z提精块，块28

45、PN 块定以下尺寸。因为精馏段和提馏段塔板间距，那么塔的有效高度： 0.4THm0(282) 0.4=10.4mZ 设釜液在釜内停留时间为，查表得排出釜液流量为，液相密度20min11947.46/kg h为，那么釜液的高度为：3809.85/kg m22.4/4 11947.46/(3 809.85 3.14 1.8 )1.933hv vZqDm 取=2mZ将进料所在板间距增至，一般每 6-8 层塔板设一人孔安装、检修用 ，需700mm经常清洗时每隔 3-4 层块塔板处设一人孔，设人孔处的板间距等于或大于 600mm，人孔所在板的板间距增至。根据此塔实际情况，人孔设 5 个。800mm此外再

46、考虑塔顶端及釜液上方的气液别离空间高度均取，裙座取，那么各1.5m4m段高度之和为 H1.5(2825) 0.455 0.8 1.52423.15Hm (1)圆筒的质量塔体圆筒总高度;023.1540.450.218.5Hm 22104oimDDH钢 2231.8241.818.5 7.85 109915.414kg2封头质量查得壁厚 12的椭圆形风头的质量为 357，1800,DNmmmmkg2357 2714mkg3裙座质量 因为圆筒形裙座制造方便，经济合理，一般常选用圆筒形裙座 1 ,NDm 。其参数为，按圆筒计算/12.330NHD 1.824 ,1.8omoiDm Dm2234omo

47、iSmDDH钢 223=1.8241.83 7.85 102143.874kg 011239915.41 7142143.8712773.28mmmmkg4人孔、法兰、接管与附属物质量10.250.25 12773.283193.32aommkg5塔内构件质量：由表查得筛板塔盘单位质量为。265/kg m2202651.828 654628.9944iPmD Nkg6保温层质量取保温层厚度 100，保温材料 300kg/2m，它将包住整个塔体，所以保温层厚度mm为 100时重量为mm为封头保温层质量03m220302(2)()4osomDDHh 221.8242 0.11.824(23.15

48、3004)44193.31kg 7平台、附体质量2204=+2+220.5+q4osoSpFFmDBDnqH 式中221.8242 0.12 0.9(1.8242 0.1)0.5 5 15040 23.1542294.26kg 为平台单位质量，为，为，为笼式扶梯单位质量,pq2150/kg mFH 为扶梯高度Fq40/kg m为平台数量。n8操作时塔内物料质量2205=+V44iLPLioLfLmD h ND h 221.80.05 28 809.851.82 809.850.865 809.85447703.44kg 封头容积，塔釜深度。3=0.865fVm=2ohm9充水质量20=24wi

49、WfWmD HV2=1.818.5 1000+2 0.865 10004=48782.9kg10全塔操作质量=+0m01m02m03m04m05mam 12773.28 4628.99 4193.31 2294.26 7703.44 3193.3234786.6kg塔器最大质量max01020304oVammmmmmm005wmmm 34786.67703.4448986.3776069.53kg塔器最小质量min010203040.2ammmmmm 12773.280.2 4628.994193.312294.263193.2223379.87kg表表 7 7 各塔段质量各塔段质量/kg塔

50、段 号工程123456kg01m5361429kg02m-kg03m-kg04m4080kg05m-721kgm134670670670569kg0m71011460kgmaxm710kgminm710塔段长度100030005000500050004150/mm 4.3 塔体强度与稳定性校核塔体强度与稳定性校核4.3.1 塔的根本自振周期计算塔的根本自振周期计算因为，所以不必考虑高振型影响。那么塔的根本自振周期由2315012.3151800iHD下式计算： 301390.3310eim HTHES D35334786.6 2315090.33 23150101.9 109 1800 0.5

51、5s塔的第二振型自振周期近视取：120.550.0966TTs塔的第三振型自振周期近视取：130.550.031818TTs4.3.2 地震载荷计算地震载荷计算1、地震影响系数一阶振型地震影响系数:查表得: 设防震烈度为 7 度，设计根本地震加速度为0.08masx表表 8 8：对应于设防烈度：对应于设防烈度值值max设防烈度789设计根本地震加速度地震影响系数最大值max查下表得: 类场地土，第二组0.4gTs表表 9： 各类场地土的特征周期值各类场地土的特征周期值 Tg/s场地土类别设计地震分组IIIIIIIV第一组第二组第三组取一阶振型阻尼比10.01由公式得： 110.050.90.9

52、730.55r为水平地震力曲线的下降段的衰减指数。r由式得： 110.02(0.05) 80.025为直线下降段斜率的调整系数。1由式得： 1210.0511.5190.06 1.7 为水平地震力曲线的阻尼调整系数22、地震载荷和地震弯矩 0.9731max0.41.519 0.080.55rTgT2高振型地震载荷和地震弯矩将塔沿高度方形分成 6 段，每段连续分布的质量按质量静力等效原那么分别集中于该段的两端，端点处相邻短的质量予以叠加，取塔的危险截面为裙座基 0-0 截面，裙座人孔处 1-1 截面，裙座与塔体焊缝处 2-2 截面，见图 4-2 全塔分段简图。各阶振型下，由各集重质量却引起的水

53、平地震力及危险截面处的地震弯矩计算列于表 10。 1.51.51131nkiiikniiihmhmh0 0maxVVeqFm g式中，计算垂直地震力时，塔式容器的当量质量，取，eqm0.75eqomm垂直地震影响系数最大值，maxVmaxmax0.65V0 01(1,2,. )(m h )iiViVnkkkmhFFin1(i1,2,.n)nIIVVkFF k表表 1010 一阶水平地震力及弯矩一阶水平地震力及弯矩塔段号工程123456kmkg71011460ih mm500200055001050015500175751.5ih60.011 1060.089 1060.408 1061.076

54、 1061.930 1062.330 101.5iimh90.008 1091.020 1094.357 1097.061 10914.330 10912.873 103iimh108.875 10139.168 10151.777 10157.600 10172.765 10162.999 10A B 7/1.255 10A B939.649 10A 173.160 10B 1.51kkhA B11 1kkkgFmkkm h60.360 1072.292 1075.875 1076.890 1081.151 1079.711 10maxrmaxmax0.650.65 0.080.052V/e

55、qmkg0.750.75 33471.1225.103eqomm0 0/ NVF0 0max13053.77VVeqFm gF / NViF/ NIIV101057628 截面组合地震弯矩：0060 0116.927 500 112.423 2000480.677 5500797.307 10500 1618.545 15500 1454.064 17575EkkkMF h 80.62 10 (.)N mm截面组合地震弯矩：1 161 1812(h1000)0.57 10 (N.mm)EkkkMF截面组合地震弯矩：226813(h3000)0.49 10 (N.mm)IIIIEkkkMF4.3

56、.3 风载荷的计算风载荷的计算 将塔沿高度方向分成 6 段。1、风力计算1风振系数各计算塔短的风振系数，由公式求得并将结果列于下表中2ik21viziiikf 表表 1111 各塔段的风振系数各塔段的风振系数塔段号工程123456计算截面距地面高度itHm1481318脉动影响系数B 类iv脉动影响系数B 类 锦州风压 10qq21 1435qT 20550qN m振型系数zi1风压高度变化系数B 类if21viziiikf 2有效直径，设笼式扶梯与塔顶管线成角，取平台构件的投影面积eiD90，那么取下式计算值中较大者20.5AmeiD 342eioisiDDkk 422eioisiopsDD

57、kd式中，塔和管线的保温层厚度，塔顶管线外径，100simm380odmm,计算各塔段的结果列于下表342400,iAkmm kleiD表表 1212 各塔段的有效直径各塔段的有效直径塔段号工程123456塔段长度il1000300050005000500041503k40042iAkl00200200200241eiD2224222424242424242424653水平风力计算计算水平风力的公式为 ,各段有关参数及计算结果列于表 612010iii ieiPk k q f l DN13。2、风弯矩计算由式得： 12121122222iiiiiiiinWiiinillllMPPlPllPll

58、l对于截面：00 0 03512412131341235123422222WlllllMPPlP llPlllPllll 100030005000890.491798.1010006066.06100030002229500050008884.4410003000500012613.67100030005000 222415012451.82 (1000300050005000)20.51 10 (N.mm)表表 1313 各塔段水平风力计算结果各塔段水平风力计算结果塔段号工程123456il mm100030005000500050004150eiDmm2224222424242424242

59、424651k2ik20qN m550ifiP N对于截面：1 1 1 13552423242352346234522222WlllllMPP lPllPlllPllll3000500050001798.106066.0630008884.44300050002225000415012613.6730005000500012451.8230005000 322 670024020.0930008000 22 90.53 10N mm对于截面：222 2354343534222WlllMPPlPll 95000500050006066.068884.44500012613.675000 2222

60、415012451.82 (5000 3)20.45 10N mm 4.3.4 各种载荷引起的轴向应力各种载荷引起的轴向应力1、计算压力引起的轴向拉应力110.15 18007.544 9ciePDMPa2、重量载荷引起的轴向压应力2截面：000 00 00 000233471.12 9.86.363.14 1824 10sbisesmgmgMPaAD s 截面：1 11 11 102(33471.12710) 9.86.4649716.24smmgMPaA 式中，为裙座人孔处截面的截面积，由式smA 2smimesmmesmADbA.2mmmAl人孔 120mlmm450mbmm10mmm2