甲醇水精馏塔毕业设计

1、目 录1 绪 论1设计意义1塔设备类型简介1塔设备的发展状况及方向2塔设备选型及要求2设计步骤3本章小结32 精馏塔工艺设计计算4精馏塔全塔物料衡算4原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率4原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量4物料衡算4最小回流比的确定5塔板数的确定6理论板数的求取6实际塔板数的求取7精馏塔有关物性数据的计算7平均温度计算7平均密度计算8混合液体表面张力计算102.4.4 混合液体粘度计算13混合液的相对挥发度计算13气液相体积流量计算13塔体工艺尺寸计算14塔径的计算14塔体有效高度的计算16塔板工艺尺寸计算16溢流装置的设计计算16塔板布置及筛孔数目与排列18塔板流体力学验算2

2、0气相通过浮阀塔板的压降20淹塔21物沫夹带量22塔板性能负荷图23物沫夹带线23液泛线24液相负荷上限线26漏液线26液相负荷下限线26本章小结293 塔盘的结构设计30塔板结构30矩形板30通道板31弧形板31受液盘32凹形受液盘32液封盘32降液板33支持板和支持圈33紧固件结构333.6 塔盘机械计算35塔盘的载荷35塔盘板的允许挠度35矩形板稳定性校核35通道板稳定性校核39本章小结404 辅助装置及附件设计41接管设计41进料管41回流管42塔釜出料管42塔顶蒸气出料管43塔釜进气管44法兰44除沫器设计44设计气速的选取45除沫器直径计算46吊柱46吊柱的选型46吊柱的结构46人

3、孔47裙座48裙座选材48裙座的结构48操作平台和扶梯50本章小结505 塔的强度设计和稳定性校核51已知设计条件51塔总体高度计算51其他主要已知条件515.2 按计算压力计算塔体和封头的厚度52塔设备质量载荷计算52自振周期计算54地震载荷与地震弯矩计算54风载荷与风弯矩计算56圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核58塔设备压力实验时的应力校核59裙座轴向应力校核60基础环设计61地脚螺栓计算63校核结果635.13 本章小结646 总结65参考文献66专题论文68翻译部分79英文原文79中文译文97致 谢1121 绪 论甲醇水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色，具有毒性、

4、污染性和腐蚀性的液体混合物。因为具有这种良好的理化性能，甲醇被广泛地应用于化工、日化等行业。长期以来，甲醇多以精馏的方法进行生产。精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程是在能量的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相组分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，最终实现原料混合物中各组成的分离。该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计甲醇水分离塔，原料为甲醇水二元混合溶液。甲醇水混合溶液不能直接作为产品使用，必须经过各种加工过程，制成符合浓度要求的甲醇产品。甲醇精馏塔在甲醇生产过程

5、中起着非常重要的作用。但是由于甲醇水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的甲醇来说产量不好，但是工业中常用的是甲醇的水溶液，因此，研究和改进甲醇水体系的精馏塔非常重要，特别地对先进、节能、高效的精馏塔的研究，对降低甲醇成本、提高产品质量起着非常重要的作用。1,2塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或咬射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。在正常操作下，气相为分散相，液相为连续相，气相织成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体

6、自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上(有时也采用并流向下)流动，气液两相密切接触进行传质与传热。在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相，气相组成呈连续变化，属微分接触逆流操作过程。两种类型塔的简要比较，如下表所示。板式塔作为重要的化工单元设备一直受到重视，在对原有塔板的改进和性能研究以及新型塔板的开发和应用等方面都取得了进展3,4。在塔板研究方面，塔板是按泡罩、筛孔和浮阀这三种塔型而发展的，一些新开发的塔板多数也是这三种塔板的改进型，它们均具有气液分散的共同特点。表1-1 板式塔和填料塔性能的简要比较项目塔 型板式塔填料塔压力降压力降一般比填料塔大压力降小，较适于压力降小的场合空塔气速（生产能

7、力）空塔气速大空塔气速小塔效率效率较稳定，大塔效率比小塔有所提高塔直径在1400mm以下效率较高，塔径增大，效率会下降液气比适应范围较大对液体喷淋量有一定要求持液量较大较小材质要求一般用金属材质制作可用非金属耐腐蚀材料安装维修较容易较困难造价直径大时一般比填料塔造价低直径小于800mm，一般比板式塔便宜，直径大时造价显著增加重量较轻较重板式塔根据塔板上气液接触元件的不同可分为泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔、浮动舌形塔和垂直筛板塔等多种3,4,5，它们代表着板式塔的发展方向。6,7我国塔设备技术的发展，经历了一个漫长的过程。目前，我国常用的板式塔型仍为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌形塔等，填料种类除

8、拉西环、鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料、金属丝网等规整填料也常采用。近年来，参考国外塔设备技术的发展动向，加强了对筛板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮动喷射塔等新塔型。对多降液管的塔盘、导向筛板、网孔塔盘等，也都作了较多的研究，并推广应用于生产。其他如大孔径筛板、浮阀-筛板复合塔盘，以及喷淋塔盘、角钢塔盘、旋流塔盘、喷旋塔盘、旋液塔盘等多种塔型和金属胺环填料的流体力学性能、传质性能和几何结构等方面的试验工作也在进行，有些已取得了一定的成果或用于生产。按照当前化学工程的发展水平分析，新型板式塔的发展可以归类为两个主要方面：（1）传统塔设备构型的改进，属于简单机制的深化；（2）传统塔设备构型机制强化，

9、属于简单机制的复杂化。鉴于塔设备在炼油和石化工业中的作用、重要地位和当今我国石化工业面临的形势，按照塔内件研究的历史发展规律，结合我国塔设备操作现状和现有塔内件的技术水平，可以得出我国现阶段和未来塔内件技术发展的方向，主要有三方面:(1) 塔内件现阶段实用技术的发展(2) 塔内件储能技术的开发(3) 大型塔设备的应用基础研究及科学话塔内件设计技术基础研究8,9对于一个具体的分离过程，设计中选择何种塔型，应根据生产能力、分离效率、塔压降。操作弹性等要求，并结合制造双修造价等因素综合考虑。例如，对于热敏性物系的分离，要求塔压降尽可能低，选用填料塔较为适宜；对于侧线进料和出料的工艺过程，选用板式塔较

10、为适宜；对于有悬浮物或容易聚合物系的分离，为防止堵塞，宜选用板式塔。对于液体喷淋密度极小的工艺过程，若采用填料塔，填料层得不到充分润湿，使其分离效率明显下降，故宜选用板式塔；对于易发泡物系的分离，因填料层具有破碎泡沫的作用，宜选用填料塔。为保证精馏过程的稳定、高效地操作，实现优质、高产、经济的分离，适宜的塔型及合理的设计是十分关键的，因此设备应满足一下要求：(1) 生产能力大，即单位塔截面气、液两相通过能力大。不会产生液泛等不正常流动。(2) 效率高、操作稳定弹性大。当塔设备的气液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备应保证能长期连续操作。(3) 流体流动的阻力

11、小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省成产过程中的动能消耗，以降低常规操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。(4) 结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。(5) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。结合以上对塔设备发展状况、选型要求的简介，为满是工艺要求, 本设计采用浮阀塔。10,11本设计的研究方法主要是结合设计内容和设计条件，参阅相关塔设备设计的资料，按照塔设备设计的要求进行设计，以达到培养我们设备设计工程概念的目的。塔设备的设计一般主要包括两个部分：工艺设计和机械设计。工艺设计中要初步确定各阶段混合物的物理特性

12、，由计算得出的具体数据再进行塔板的最基本设计，主要是与塔板有关的各种计算，在工艺设计的最后还要进行塔的附属设备设计。进入塔设备的机械设计部分后，塔的结构形式渐渐明朗化。机械部分要解决的问题，除了确定塔设备的各细节结构外，更重要的就是要做各种校核工作，以保证设计完成的塔设备不仅能够正常运转，而且必须符合国家安全生产的标准。其校核内容主要包括：质量载荷、地震载荷、风载荷等，还包括强度及稳定性校核。在完成设计部分的任务后，就进入画图阶段。图纸包括一张装配图和若干零件图，均采用计算机绘图，并严格按照设计尺寸进行绘制。本设计的研究的步骤：(1) 工艺设计计算 计算理论塔板数，塔板效率，确定实际塔板数；

13、计算塔径（空塔气速）； 塔盘设计，溢流装置设计，进行流体力学计算，绘制塔板负荷性能图； 选择塔板间距，初步确定塔高。（2）结构设计计算 塔体总体结构设计 设计塔盘结构，包括塔盘板、溢流装置、紧固件及支撑件结构； 零部件设计，包括接管、裙座、人孔、塔内件、塔体辅助设备、法兰、吊柱以及平台扶梯。（3）强度校核 对塔体、封头、裙座等进行强度计算和稳定性校核。（4）绘制图纸。（5）提出技术要求。（6）编写设计说明书，整理图纸。本章主要阐述了本设计的意义，简单分析了塔设备的类型、发展状况及选型要求，在此基础之上形成了本设计的基本设计方法和步骤，阐明了本设计的基本思路。2 精馏塔工艺设计计算11,12,1

14、3,14,15设计条件：进料：；组成(mol%)：CH3OH（液）：，H2O（液）：塔顶：D=300kt/h；组成(mol%)：CH3OH（气）：， H2O（气）：塔底：组成(mol%)：CH3OH（液）：<0.5 %操作压力：MPa(表压)操作温度：63140进料状态：饱和液体进料塔底加热蒸汽压力：MPa回流比：自选 塔类型：板式塔符号说明：F：原料液流量（kmol/s） ：原料组成（摩尔分数，下同）D：塔顶产品流量（kmol/s） ：塔顶组成W：塔底残液流量（kmol/s） ：塔底组成2.1精馏塔全塔物料衡算2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率已知：D 甲醇的摩尔质量：MA32

15、kgkmol 水的摩尔质量： MB18kgkmol 2.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量假设该甲醇-水分离塔的开工率为300天年，则根据物料衡算：代入数值：解得：F2625.2 kmol/h kmol/h2.2最小回流比的确定根据表2-1中的数据绘制甲醇-水的x-y图，如图2-1所示。由甲醇-水的x-y图可知该平衡曲线为一不正常的平衡曲线，其具有下凹的部分，为减小误差，由作图法求最小回流比。表2-1 甲醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系（摘自化工艺手册）16平衡温度t/液相中甲醇的摩尔分数气相中甲醇的摩尔分数平衡温度t/液相中甲醇的摩尔分数气相中甲醇的摩尔分数10000如图2-1，

16、延长点e与相平衡线相交，交点即为q(,。该点由图中读出，所以由公式：可知，最小回流比： 2.3塔板数的确定 2理论板数的求取17因为操作回流比可取最小回流比的1.1倍，所以取:在求得操作回流比的情况下，绘制精馏段和提馏段操作线，如图2-2。精馏段操作线在y轴上的截距精馏段操作线过，即可得精馏段操作线方程为： 。连接点和点即可得精馏段操作线ab。取进料热状况为饱和液体进料则，过做y轴的平行线即得q线，其与精馏段操作线ab交点为d点，连接点d和点即得提馏段操作线cd，其操作线方程为：。 用梯级作图法求理论板数，如图2由d点向分别向a点和c点做梯级，如图2-2。由图2-2可知：精馏段（不包括进料板）

17、提馏段（包括塔底再沸器）所以总理论板数：故进料板位置为从塔顶向下第5块板。2.3.2实际塔板数的求取要求实际塔板数，要先求塔板效率。塔板效率与塔板结构、操作条件、物质的物理性质及流体力学性质有关，它反映了实际塔板上传质过程进行的程度。塔板效率可用奥康奈尔公式进行计算。塔顶、塔底平均温度下的相对挥发度塔顶、塔底平均温度下的液相粘度(1) 精馏段已求得：，则 提馏段已求得：，则全塔实际塔板数：则全塔效率为：故加料板位置在第12块塔板。2.4精馏塔有关物性数据的计算2平均温度计算利用表1中数据由拉格朗日插值法求得tF、tD、tW（1） tF： 解得：tF（2） tD： 解得：tD（3） tW： 解得

18、：tW 精馏段平均温度： 提馏段平均温度：2平均密度计算已知混合液密度： (为质量分率，为平均相对分子质量) 混合气密度：(1) 精馏段 利用表1中的数据由拉格朗日插入法求精馏段的气液相组成：各项数据见表2-2：求得精馏段平均摩尔分数为： 表2-2 精馏段的已知数据位置进料板塔顶(第一块板)质量分数摩尔分数摩尔质量/温度/（2）提馏段 利用表1中的数据由拉格朗日插入法求提馏段的气液相组成：各项数据见表2-3：求得提馏段平均摩尔分数为： 表2-3 提留段的已知数据位置塔釜进料板质量分数摩尔分数摩尔质量/温度/表2-4 不同温度下甲醇和水的密度温度（）甲醇的密度（kg/m3）水的密度（kg/m3）

19、5075098860741983707319788072197290713965100704958根据拉格朗日插入法分别求和温度下的甲醇和水的密度：时： 解得： 解得：时： 解得： 解得： 精馏段：液相密度： 解得：kg/m3气相密度： kg/m3 提馏段：液相密度： 解得：kg/m3气相密度： kg/m3二元有机物-水溶液表面张力可用下列各式计算公式：式中代表混合液的表面张力；代表纯水的表面张力；代表有机物的表面张力；代表相中水的体积分数；代表相中有机物的体积分数。其中： 注：式中W、O、分别代表水；有机物及表面部分；、代表主体部分的分子数；、代表主体部分的分子体积。对于甲醇q=1表2-5

20、不同温度下甲醇-水的表面张力温度（）甲醇表面张力（mN/m）水表面张力（mN/m）60708090100 精馏段：已知：， 利用表2-5中的数据分别求甲醇和水在下的表面张力：甲醇表面张力： 解得: 水表面张力： 解得: 因为q=1，所以：联立方程组：，代入数值得：，解得: 所以解得： 提馏段：已知：， ， 利用表2-5中的数据分别求甲醇和水在下的表面张力： 甲醇表面张力： 解得：水表面张力： 解得：因为q=1,所以：联立方程组：，代入数值得：， 解得： 所以 解得：2 混合液体粘度计算时，查得，时， 查得，1 精馏段混合液体粘度(2) 提馏段混合液体粘度3（1）精馏段相对挥发度已知塔顶第一块板

21、：， 进料板： （2） 提馏段相对挥发度已知塔釜：，2气液相体积流量计算由前面求得回流比R=2 精馏段已知：， ， 则有质量流量： 体积流量： 提馏段因为假设设计中为饱和进料即q=1，则已知：， ，则有质量流量： 体积流量： 2.5塔体工艺尺寸计算18,192塔径的计算根据流量公式可计算塔径，即式中：塔径，m 塔内气体流量， 空塔气速，即按空塔截面积计算的气体线速度，（），为极限空塔气速，且式中：液相密度，； 气相密度，； 极限空塔气速，； C负荷系数，；可通过史密斯关联图查得。 精馏段史密斯关联图中横坐标数值为：取板间距，取板上液层高度，则史密斯图中参数值为：根据以上数值在图中可查得：，则：

22、所以塔径：根据筛板塔直径系列标准予以圆整得: 横截面积：空塔气速：2 提馏段同理：取板间距，取板上液层高度，则史密斯图中参数值为：根据以上数值在图中可查得：，则：所以塔径：根据筛板塔直径系列标准予以圆整得: 由于精馏段和提馏段上升蒸汽的体积流量不同而导致两段的塔径不同，但本设计中两段上升蒸汽的体积流量相差不大，且计算得两段塔径相差亦不大，为使塔的结构简化，故两段采用相同的塔径，一般取较大者，则塔板横截面积：空塔气速：对于板式塔，通过塔效率将理论板层数换算为实际板层数，在根据要求选择板间距，由实际板层数和板间距计算板式塔的有效高度。（1） 精馏段：（2） 提馏段：在进料板上方开一人孔。其高度为0

23、.7m。所以塔体有效高度为：2.6塔板工艺尺寸计算202溢流装置的设计计算板式塔的溢流装置包括堰长、堰高、降液管的宽度、截面积、降液管底隙高度、进口堰高度与降液管间的水平距离等。 根据塔径，可选取双溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。2.6.1.1 堰长取2 堰高20本设计中采用平直堰，堰高由下式进行计算：，近似取（1） 精馏段已知，故(2) 提馏段同理：已知，故2 弓形降液管的宽度和截面积由查弓形降液管的参数图得，则：验证降液管内液体停留的时间：（1） 精馏段(2) 提馏段故所选降液管尺寸可用。2.6.1.3 降液管底隙高度式中液体通过降液管底隙时的流速 精馏段取，则 故精馏段降液管底隙高度设计

24、合理。 提馏段取，则故提馏段降液管底隙高度设计合理，且不小于，故满足要求。本设计塔径，采用分块式塔板，以便通过人孔拆装，且查表可知塔板分为18块。 根据要求取破沫区宽度，无效区宽度塔板上鼓泡区面积计算式中：；代入数值得： 筛孔数目及排列方式本设计所处理的物系无腐蚀性，可选用碳钢板，取筛孔直径，筛孔按正三角形排列，取孔中心距为1 精馏段筛孔直径，则筛孔气速：每层塔板上的筛孔数：两排相邻孔心距间的距离：考虑到塔板的直径较大，采用18块分块式塔板，各板的支撑与衔接要占去一部分鼓泡面积，按、，以正三角形叉排方式作图，如图2-3所示，排的实际筛孔数为11621个。2 提馏段筛孔直径，则筛孔气速：每层塔板

25、上的筛孔数：两排相邻孔心距间的距离：同理取，塔板结构与筛孔排列如图2-4所示，排得筛孔数为11621个。塔板的开孔率一般为10%14%，故以上精馏段塔板开孔率和提馏段的开孔率均符合要求。2.7塔板流体力学验算21可根据式来计算塔板压强降。(1) 精馏段 干板阻力：由式计算： 由上查干筛孔的流量系数图得则 板上充气液层阻力因液相为水和甲醇，故取，则 液体表面张力所造成的阻力这个阻力很小，可忽略不计，因此与单板的压降相当的液柱高度为：则单板压降：（2）提馏段干板阻力：由式计算：板上充气液层阻力因液相为水和甲醇，故取，则液体表面张力所造成的阻力这个阻力很小，可忽略不计，因此与单板的压降相当的液柱高度

26、为：则单板压降 2淹塔为防止淹塔现象，要控制降液管中清液高度，而 精馏段 单层气体通过液体降所相当的液柱高度： 液体通过液体降液管的压头损失，取 板上液层高度,则取，则可见，所以精馏段符合防止淹塔的要求。 提馏段 单层气体通过液体降所相当的液柱高度： 液体通过液体降液管的压头损失,取 板上液层高度,则取，则可见，所以提馏段符合防止淹塔的要求。2物沫夹带量通常用操作时的空塔气速与发生液泛时的空塔气速的比值作为估算物沫夹带量的指标，此比值称为泛点率。保证泛点率率在规定的范围内，即可保证物沫夹带量达到规定的指标。泛点率可按下面的经验公式进行计算，即：以上两式中：板上液体流经长度，m。对于单溢流塔板，

27、；板上液流面积，m3。对于双溢流塔板，；泛点负荷系数，可根据气相密度及板距由图查得；物性系数，由相关表格可查得。1 精馏段查物性系数，查泛点负荷系数图，则以上两式计算出来的泛点率都在80%以下，故可知精馏段物沫夹带量能够满足规定的指标（液）（气）。 提馏段同理查物性系数，查泛点负荷系数图，则以上两式计算出来的泛点率都在80%以上，故可知提馏段物沫夹带量能够满足规定的指标（液）（气）。2.8塔板性能负荷图2物沫夹带线根据此式做出负荷性能图中的物沫夹带线，按泛点率80%计算：(1) 精馏段整理得：由此式可知物沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个值，算出，见表，即可做出物沫夹带线。(2) 提馏段整

28、理得：同理要在操作范围内任取两个值，算出，见表2-6。表2-6：精馏段提馏段2液泛线令：由联立得由此式来确定液泛线，忽略式中的，将与，与，与的关系代入，并整理得： 其中(1) 精馏段其中整理得：(2) 提馏段其中整理得：在操作范围内取若干个值，计算出相应的值，见表2-7。表2-7：精馏段提馏段2液相负荷上限线液体的最大流量应保证降液管液体停留时间不低于35s， 液体在降液管内停留的时为：以作为液体在降液管内停留时间的下限，则：对于筛板塔，漏液点气速可按下式计算： 其中： （1）精馏段 整理得: （2）提馏段整理得:2液相负荷下限线取堰上液层高度，作为液相负荷下限条件作出液相负荷下限线。该线为与

29、气相流量无关的竖直线。其中，则：由以上5个方程即可分别作出精馏段和提馏段塔板负荷性能图，如图2-5、2-6所示。在两图中物沫夹带线 液泛线 液相负荷上限线 漏液线 液相负荷下限线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物沫夹带线控制，操作下线由漏液线控制；按固定的气液比，由图可分别查出精馏段和提馏段塔板的气相负荷上限为： 气相负荷下线为： 所以： 精馏段操作弹性提馏段操作弹性.21项目符号单位计算数据备注精馏段提馏段最小回流比操作回流比2理论塔板数块54塔板效率%4538实际塔板数块1211各段平均温度平均流量液相气相塔径

30、板间距塔板类型双溢流弓形降液管分块塔板空塔气速塔板开孔率%1414溢流装置堰长堰高5堰上液层高度板上液层高度降液管宽度11降液管底隙高度0.042无效区宽度破沫区宽度鼓泡区面积筛板筛孔数目个1162111621正三角形叉排筛孔气速极限筛孔气速孔心距3030同一横排排间距3030相邻横排单板压降 液体在降液管内停留时间 降液管内请液层高度泛点率%气液负荷上限物沫夹带控制气液负荷下限漏液控制操作弹性本章主要进行的是塔设备的工艺计算。根据已知工艺参数和技术条件，结合实际状况，按照计算步骤对塔设备基本工艺参数进行计算，形成本塔设备的宏观结构。本设计中采用效率较高的筛板塔，塔径4200mm，实际塔板数2

31、3块。根据塔径的大小，本设计中由于塔径较大，故采用分块塔板，分块塔板的基本工艺参数在工艺计算中已求得，这为下一章塔盘的结构设计打下铺垫。3 塔盘的结构设计22,23,24,25塔盘是由气液接触元件(如浮阀、筛孔、泡罩等)、塔盘板、受液盘、溢流堰、降液管(或降液板)、塔盘支持件和紧固件等部分组成。1受液盘；2筋板；3带自身梁弧形板；4带自身梁矩形板；5通道板；6降液板；9支持圈； 8主梁； 板式塔的塔盘主要分为溢流式和穿流式两大类，本设计中采用溢流式塔盘。塔盘按结构特点可分为整块式和分块式两种类型。一般塔径为 300900mm时，采用整块式塔盘；当塔径大于800mm时，能在塔内进行装拆，可用分块

32、式塔盘。根据要求本设计采用分块式塔盘，且塔盘分块数为18块。塔盘结构如图3-1所示。26,27塔板结构的设计，应满足刚性好、制造安装方便等要求。塔板结构型式很多，能满足上述要求达到广泛应用的，是自身梁式塔板结构，本设计中即采用这种塔板。对于自身梁式矩形板，梁是由板的一部分弯折而成，梁板构成一个整体，板上一部分载荷由自身梁来承担，自身梁矩形板只有一个长边弯折成梁。两半过度部分，有部分低凹平面以便另一塔板的部分放在其上，使两塔板位于同一平面上。根据工艺要求，本设计采用的是筛板塔。矩形板长边尺寸，与塔径和堰宽有关，由安装方式及塔整体尺寸取，矩边宽度统一取，以便装拆塔板式能进入人孔，板的弯折半径。本设

33、计中，因为，则塔盘板自身梁尺寸如图3-2所示。通道板边搁放在其他塔板上（弓形半或矩形板）的自身梁上，所以通道板无自身梁，而作成一块平板。通道板的长度尺寸同矩形板相同，矩边宽度尺寸统一取。因为塔盘的矩形板长度，故通道板与塔盘板联合使用如图3-3所示。弧形板的弦边作成自身梁，其宽度同矩形板相同，弧形塔板长度与塔径D和塔板分块数有关，由板上塔板布置，分18块，所以弧形板宽度为420mm，长度有具体位置决定，如图板长边为1240mm，短边为1035mm。板的弯折半径，具体结构尺寸如图3-4所示。矩形板、通道板和弧形板的厚度。碳素钢取，不锈钢取，本设计中塔板盘的材料采用碳素钢，故塔盘板的厚度为。为保证降

34、液管出口处液封，在塔盘上设置受液盘。受液盘有凹形的和平板形的两种结构。它对降液板的液封和液体流入塔板的均匀性都有影响。 对于易聚合的物料，为避免在塔盘上形成死角，应采用平型受液盘。当液体通过降液管与受液盘的压力降大于25mm时，应采用凹型受液盘。凹形受液盘对液体流向有缓冲作用，可降低低塔盘入口处的液峰，使得液流平稳，有利于塔盘入口区更好地鼓泡。凹形受液盘结构比较复杂，但是仍被广泛使用，本设计中采用凹形受液盘。凹形受液盘有焊接固定式和可拆式结构之分，本设计中采用焊接固定式受液盘和倾斜固定式降液板，且为加强受液盘的刚度，在受液盘的下方设置加强筋板，此时受液盘的结构如图3-5所示。受液盘的深度h有工

35、艺决定，它有、三种，常用的为。受液盘的厚度与塔径有关，当时，厚度取；时，当塔径时，只需开一个泪孔。对于碳素钢塔盘，受液盘一般取，一个泪孔。对于碳素钢塔盘，受液盘一般取。本设计中受液盘的厚度取。1塔壁；2降液板；3塔盘板；4受液盘；5筋板； 在塔最底一层塔盘的降液管末端，设液封盘，以保证降液板出口处的液封。液封盘的尺寸：盘宽、深度、材料用，液封盘厚度。本设计中采用倾斜固定式降液板。降液板下部弯折段与塔壁接触的边线，是一段椭圆弧，下料时，按塔径放样，其结构如图3-6所示。 支持板和支持圈的材料一般选用Q-235A钢。其结构比较简单。塔盘的紧固件是组装分块式塔盘的连接构件，用于塔盘板的分块及其与支持

36、圈、支持板、受液盘间的连接。其中紧固件有多种形式，如螺栓紧固件、螺纹卡板紧固件、楔卡紧固件等。其中螺栓紧固件用于塔板盘间、塔板与支持圈或支持板间的连接，其有上可拆、下可拆及上下均可拆三种形式；螺纹卡板紧固件主要用于塔盘板与支持板或支持圈的上可拆连接；楔卡紧固件可代替螺纹连接，来作塔盘紧固件，其不仅不怕锈蚀，也不会咬死，而且装拆方便，对于需经常检修、拆装或处理强腐蚀介质的塔设备。本设计中塔盘板间的连接采用上下可拆的螺栓紧固件，塔盘板与支持板或支持圈间的连接采用卡子紧固件。上下可拆的螺纹连接如图3-7所示，这种连接已经标准化，制定有标准JB-1220-1999。它是由双头螺柱、椭圆垫片、垫圈和螺母

37、组成，被连接零件的总厚度不得超过12mm。卡子由卡板、椭圆垫板、圆头螺栓和螺母组成。卡板与圆头螺栓焊成一个整体，点焊时应使螺栓尾部沟槽的方向与卡板的长度方向平行，以便辨别卡板的方位。当拧紧螺母时，通过椭圆垫板和卡板，把塔盘板紧固在支持圈上，JB1119-1999标准的卡子连接如图3-8所示。 本设计中，根据标准可选卡子的高度H=47mm，卡板规格为、采用材料为Q-235A；圆头螺栓的规格为、采用材料为；椭圆垫板、材质Q-235A；螺母规格。3.6 塔盘机械计算28,29,30塔盘板的设计载荷，应取高于溢流堰50mm的液柱静压，且1000Pa的均布载荷计算。本设计中塔盘板的设计载荷计算如下：板上

38、液柱高 板上液体密度 塔盘上的均布载荷 塔盘板的允许挠度，应根据工艺及结构的具体条件确定。本设计中根据塔盘的类型来选取塔盘的允许挠度5.8mm。本设计中，塔板盘的材料选用碳素钢，塔盘板的厚度为、板厚附加量、材料弹性模，屈服应力，操作时的许用应力，操作时塔盘板上承受的均布载荷，检修时塔盘板上任意点应能承受1130N的集中载荷。塔盘的重量包括塔板重量及塔板上紧固件的重量。（1）矩形板重量矩形板为钢板，钢的密度为，矩形板的体积大约为（2）紧固件重量每套标准卡子的重量为0.14kg(1.34N)，上下螺纹连接的重量与标准卡子的重量相差不大，故紧固件的总重可为：塔板总重为： 将此塔盘板作一个形状如截面A

39、-A、跨距为L的简支梁计算，如图9所示，校核操作条件下应力及挠度，以及安装检修条件下的应力。为简便计算，将A-A截面进行简化，即由1-1、2-2、3-3三个举行截面组合而成如图3-9所示。（1）确定截面A-A的中轴位置，先选择如图的辅助坐标y、z，可计算得表3-1数据：表3-1：图形面积 (mm2)形心至y轴距离 (mm)静距s(mm3)1-11504z1=80+2=821504×82=1233282-2172z2=80-2=78172×78=134163-3320z3=80/2=40320×40=12800总和FI=1996FI·zi=149544利用

40、上表中的计算结果，即可求得截面A-A的中性轴y距y的距离：（2） 计算截面A-A对轴y的组合惯性矩如表3-2所示。表3-2：图形形心至y轴距离 (mm)面积 (mm2)(mm4)各截面对于与y轴平行的自身中性轴的惯性矩（mm4）1-182-74.9=15042-278 -74.9=3.11723-3=-320总和利用上表的计算结果，由惯性矩平行轴原理求得组合惯性矩为：（3）在操作条件下，塔盘板承受的均布载荷和塔盘的自重。塔盘板承受的载荷：载荷集中度：塔盘中心处承受的最大弯矩，产生最大应力和最大挠度： （4）检修条件下，塔盘的任意点承受的集中载荷。塔盘板的受载如图3-10a所示。集中载荷： 均布

41、载荷： 载荷集中度：集中载荷在L/2处产生的最大弯矩：塔盘自重在L/2处产生的最大弯矩：塔盘板在L/2处承受的最大弯矩产生的应力：（5）此塔盘板较长，检修时可能有两个人同时进入塔内操作，所以还需要校核在检修条件下，有两个集中载荷分别作用在L/3处时的最大应力。塔盘板的受载如图3-10b所示：集中载荷P=1000N(包括人体及携带物重量)，载荷集中度。集中载荷在L/3处产生的弯矩：塔盘自重在L/3处产生的弯矩，取用在L/2处的弯矩：通道板材料与矩形板材料相同，板厚附加量C=0，操作时的许用应力，操作时塔盘板上承受=的均布载荷，允许挠度3.2mm。通道板体积：通道板自重：塔板自重引起的均布载荷:将

42、通道板作为全部周边铰支、整个板面承受均布载荷的矩形板。载荷由于，查全部周边铰支整个板面受均布载荷的最大应力和最大挠度的系数表得、。 板中心的最大应力：板中心的最大挠度：综合塔盘机械计算可知所设计塔盘板符合要求。本章的重点是在确定塔盘型式的前提下，进行塔盘的结构设计及校核。塔盘设计在确保工艺条件的基础上，要保证塔盘结构简单，装拆方便，有足够的刚性，便于制造和安装。本设计采用自身梁式塔板，其中矩形板、通道板、弧形板为其主要部件，其尺寸及结构型式的确定很重要，在此基础上还要根据实际生产条件，对塔板进行校核，以确保塔板符合生产要求。另外还有受液盘、降液板、支持板、支持圈及紧固件等部件的设计，这些均是塔

43、盘的重要部件。塔盘结构对分离塔的效率有很大的影响，这也是研究提高塔效率的一个方向。4 辅助装置及附件设计31塔体上设有很多接管，各接管接管管径计算公式:。以下对各种接管的结构和尺寸进行解析设计。进料管的结构类型很多，有直管进料管、T型进料管,本设计采用可拆直管进料管，其结构如图4-1所示。料液由高位槽流入塔内时，进料管内流速可取0.；或由泵输送，可取1.。设计中进料由泵输送，故取；已知进料液密度，则： 将其圆整至相应规格的管径为125，查标准系列选回流管有直管式和弯管两种结构，本设计中采用直管回流管。通常，重力回流管内液流速度取0.，强制回流，即泵输送，取1.。本设计中回流液由泵输送，故取，

44、将其圆整至相应规格的管径为150，根据直管式标准系列选取。 釜液从塔底出口管流出时，会形成一个向下的旋涡，使塔釜液面不稳冠，且能带走气体。如果出口管路有泵，气体进入泵内，会影响泵的正常运转，故一般在塔釜出口管前应装设防涡挡板。本设计中采用的塔釜出料管结构如图所示：塔釜流出液体速 ，故取，设计中采用直管出料。 将其圆整至相应规格的管径为250，根据标准选取，为此清洁介质的防涡流板结构尺寸为。塔顶到冷凝器的蒸汽导管，必须具有合适的尺寸，以免压力降过大。蒸汽速度在常压操作时取1220 ，绝对压力为60001400时取3050，绝对压力小于6000时取5070。根据条件取出口气速，且本设计中，由于塔顶

45、装有除沫器，故采用如图4-4所示，直管出气型式。本设计中由于蒸汽量较大，为了加工及安装方便，在塔顶安装1个蒸汽出口管，所以塔顶蒸汽出料管的尺寸为：将其圆整至相应规格的管径为1200mm，根据标准系列选取。 当了避免液体淹没气体通道，进口管应该安装在塔釜最高液面之上。本设计中采用直管，其结构如图4-5所示。由于塔釜气体由泵打入，气速可以取2040,取气速，则：将其圆整至相应规格的管径为600mm，根据标准系列 。管结构由于常压操作，所有法兰均采用标准管法兰-平焊法兰，根据钢制管法兰标准HG20592，由不同的公称直径，选用相应法兰。(1)进料管接管法兰:HG 20592 法兰 PL125-1.0

46、RF Q235-A(2)回流管接管法兰：HG 20592 法兰 PL150-1.0 RF Q235-A(3)塔釜出料管法兰：HG 20592 法兰 PL250-1.0 RF Q235-A(4)塔顶蒸气管法兰：HG 20592 法兰 PL1200-1.0 RF Q235-A(5)塔釜蒸气进气法兰：HG 20592 法兰 PL1000-1.0 RF Q235-A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带雾滴的情况下，设置除沫器，以减少液体夹带损失，确保气体纯度，保证后续设备的正常操作。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

47、、重量轻、空隙大及使用方便等优点，尤其是它具有除沫效率高，压力降小的特点，其结构如图4-6所示。丝网除沫器适用于洁净的气体，不宜用于液滴中含有或易析出间体物质的场合(如碱液、碳酸氢铵溶液等)，以免液体蒸发后留予固体堵塞丝网。当雾沫中含有少量悬浮物时，应经常冲洗。适宜的设计气速是除沫器取得高效率的重要因素。气速太低时，雾滴呈飘浮状，没有撞击网丝，即会随着气流通过丝网；气速太高时，聚集的雾滴不易从丝网上降落，又被气流重新带走。影响设计气速的因素很多，有气体和液体的重度，液体的表面张力、粘度，丝网比表面积，以及气体中的雾沫量等，其中，以气体和气体的重度影响最大。计算气速一般可用下面的经验式：式中系数

48、取决于网套结构及操作条件，本设计中选择操作条件为干净流体、中等液体负荷，丝网类型选择高效性，故，则:丝网的使用面积取决气体的处理量，设计中采用圆形丝网，则除沫器的直径为：，综合考虑，除沫器直径为圆整为m。由计算可得除沫器的直径与塔径接近，故采用全径型丝网除沫器。根据除沫器的安装方法，其结构又可以分为上装式和下装式两种，本设计中选用上装式，其结构如图4-6所示。根据丝网除沫器标准选取不锈钢除沫器：GB/T 21618-1998 丝网除沫器S600-150 SP 20/20。对于较高的室外无框架的整体塔，在塔顶设置吊柱，对于补充和更换填料、安装和拆卸内件，既经济又方便的一项设施，一般高度在以上的塔都应该设吊柱。本设计中塔高度大，因此设吊柱。吊