机械设计大连理工专业

文献综 填料塔的现 各种类型塔板的介 泡罩型塔 浮阀塔 条形浮阀塔 VV塔 Superface塔 国外板式塔技术的进 设计特 发展趋 今后的工 新分离技 填料 塔填 液体分布 板式塔与填料塔的比 CAXA电子图 概 系统特 数据接 工程图输 CAXA电子图板与AutoCAD功能比 塔设备工艺设 设计条 工艺条件 操作条件 物料衡算及热量衡 物料衡 热量衡 塔板数的计 试差法计算过 最小回流比计算 逐板计算过程 精馏塔工艺设 物性数 初估塔 塔高的估 溢流装置的设 溢流型式的选 降液管（弓形 溢流 塔板布置和其余结构尺寸的选 塔板及其分 阀孔的尺寸及排 塔板流动性能校 液沫夹带量校 塔板阻力hf的校 降液管液泛校 液体在降液管中的停留时 严重漏液校 负荷性能 塔设备机械设 按计算压力计算筒体和封头的壁 塔的质量载荷计 塔壳和裙座的质 塔内构件质量 人孔，法兰，接管与附属物质 保温材料质 平台，扶梯质 操作时塔内物料质 充水质 全塔操作质 全塔最小质 3.2.10全塔最大质 塔的自振周期计 地震载荷计 风载荷计 风力计 风弯矩计 各种载荷引起的轴向应 筒体和裙座危险截面的强度和稳定性校 筒体的强度与稳定性校 裙座的稳定性校 筒体和裙座水压试验应力校 筒体水压试验应力校 裙座水压试验应力校 基础环设 基础环尺 基础环应力校 基础环厚 地脚螺栓设 补强计算：（此处只对人孔进行补强计算 附 参考文 规整填料是继散堆填料之后在近20余年来发展的高效新型填料,国外有许多品种,改进分离效果、减少能耗、安全生产和稳定操作的重要技术措施。规整填料的特点为:10加。同时允许通量在较大的范围内变化。规整填料本身的弹性比可高达100,但实际填AstonUnaPak技术开发公司开发了高效廉价的板花规整填料。其8080m2m3率与MellaPak350Y型(比表面积350m2/m3)相当;天津大学填料塔新技术公司1991年引进了苏尔寿公司的Mellapak自动生产线,并自已开发了碳钢渗铝板波司开发了LH型规整填料。这些成果都在工业生产中取得了成功的应用。1813Cellier200年的不断改进和创新,在板式塔发展史上起了重要作用。泡罩塔技术成熟,操作稳定,存在着塔板压降较高,雾沫夹带大及造价较高等问题,目前使用较少。(1)面落差小;(3)结构简单,造价低。不足之处是塔板上液层梯度大,液体返混较大,浮F21圆盘形浮阀自从1953年开发成功后,因其具有操作弹性大、效率高等诸多优点,一定的影响;塔板上液面梯度较大;塔板上液体返混程度较大;在塔板两侧弓形部位开发F21型浮阀塔板的改进型塔板。导向浮阀塔板是对F21型浮阀塔板的改进,由华东理工大学开发并获国家专利;兰州石油机械研究所近几年开发了顺排导向条形浮阀塔盘和T形排列条形浮阀塔象。T形排列条形浮阀塔盘的技术特点:采用独特的“T”形排列,任意两相邻条运动,减少雾沫夹带,增大了允许操作气速,提高了分离效率和处理量。VV德国Stahl公司在20世纪80年代推出的一种高弹性浮阀塔板(Varioflex2ValveTrayVV520mm520mm同时固定阀保证气体水平吹入液体,强化了气液接触时的湍动作用。Superface用气体动能来推动塔板上的液面,以减小塔板上的液体落差。当前,塔板的开发研究主要有两个侧重点,一是针对提高效率,一是针对某些特Koch2Glitsch公司的Max2Fractray、Suerfractray、BiFractray、NyetrayUltrafractray;NortonTritontray、Provalvetray;UOPECMDtrayVG2MDtray和MUtraySulzer公司的VortextrayJaegerCoFlotrayTrutnatrayNutter公司的MVGtrayFlowcontroltray;ShellShell’sConSeptray;T2bysievetray发了用压缩拉伸网孔板制造的斜孔喷射塔板(Тарелкапзиросеино2微型的特殊固定阀和浮动阀件,这些小阀件的塔板可以提高传统塔板的气相负荷能力30%Bi2FractraySuperfracMinivalvetray和NyeMinivalvetray等。入口面积的强化,是充分利用了降液管底下的面积,增加了气相的处理能力。与传统塔相比,这些塔板可增加处理能力达25%,并能保持原有的效率和弹性。这方面有Max2Fractray、Superfractray、Nyetray、Tritontray和Vortextray等。其中最典型的Nyetray。由于高压精馏条件,板式塔的液泛往往是从降液管开始的。Nye塔板的降液管设计,除了通常的塔板开孔区外,蒸汽可以从降液管以下的进口区上升,通过液体从上层塔板的降液管流出口以下的一块特殊设计的进口筛孔板流入两相接触区。Nye的优点。如用它来改造浮阀塔板和筛孔塔板,可以提高处理能力25%～50%。而Superfrac塔板是既利用其入口面积强化,又利用其鼓泡面积强化的高性能塔板,可以需对原有塔体的焊接内件改动,在短期检修期间即可完成。单板复合继续开展对塔板加填料型复合塔板的研究[1]。为了提高大处理Screentray放上丝网填料的设想,结果出现了下面的现象:①早期的气泡形成被抑制,并变成分型式的复合塔板,如前面提到的德国开发的带金属薄片传质元件的塔板,实质上也是整塔复合应用多种塔板组合的综合式板式塔技术在板式塔设计和技术改造中的工况选择最合适的塔板,以强化塔板上气液两相的传质过程,提高塔的处理能力和气液并流塔 主要有TheFlowControltray、CoFlotray等气气并流塔 主要有Ultrafractray高速塔板和变型,尚无突破能高的液液并流塔板。除了早先推出的复式塔板(Pluraltray流塔板还有Slittray(A型)等。KochT0Sulzer公司的扣钩浮阀塔板(SnapinvalvetrayNutter公司的B型浮阀塔板和V2Grid条形固定阀塔板。此MD塔板、P2K塔板、ScreentrayNewVST塔板等。现阶段在改进与完善原有分离方法与技术的同时,人们非常重视新分离方法的研手段的蒸馏技术仍是当代应用最广的一种工业分离混合物的方法,但并不是对所有混合物的分离都适用或是最好的方法,即使是对于最适宜的场合,也还有一个提高分离的化学工程,以寻求特殊的蒸馏方法。化学工程是石化装备的基础,两者不可分割,因复合蒸馏即蒸馏过程与其他过程同时进行,以达到强化蒸馏和简化过程的目的。例如化学反应蒸馏、催化反应蒸馏(精馏)、吸附蒸馏和萃取蒸馏等。混合蒸馏即蒸馏与其他分离方法相结合的过程。如渗析蒸馏(Osmoticdistillation)、蒸发ö蒸馏和膜蒸馏(Membranedistillation)等。隔壁塔(Divided2wallColumn)这是将热偶蒸馏的预分馏塔植入主塔的腹部,中间用一隔板分隔,构成一个复合连体,从而简化了塔系和流程,号称21世纪技术,这种塔又称为“塔中塔”(ColumninColumn)。ColumegTM蒸馏塔这是日本三菱化学工(株)的新技术,是将分批蒸馏与连续蒸馏系统合二为一,大大节约了投资。NIULEXTM分馏塔小的优点。进入8041.1所1.波纹规整填料波纹规整填料可分为:丝网波纹填料、板波纹填料、网孔波纹填图1.2是波纹板片的形状,图1.3与散装填料相比有许多优点,其中最大的优点是波纹规整填料较好地处理了填料的比表面积和空隙率的关系。一般的散装填料,空隙率大则比表面积小,通量大而效率低,比表面积大,则空隙率小、效率高而通量小。从表1.1的比较可知,250Y金属波纹板填料比Dg50金属鲍尔环的比表面积大一倍多,而空隙率不但没有下降,还略有提高。这是250Y填料比Dg50金属鲍尔环传质效率提高70%左右的主要因素。尽管不同的应用场合,效率和通量的数据会有所变化,但填料的结构和参数决定了250Y填料的效率和通量大于Dg50金属鲍尔环。与板式塔相比,Dg50金属鲍尔环除具有压降低的优势以外,在效率方面,没有优势。板间距500mm80HETP为01625mDg50金属鲍尔相当。而250Y填料无论压降还是效率与板式塔相比,优势非常明显。因此,波纹规整填料问世以后,受到世界各国的重视,开展了广泛的研究,在新塔设计和老塔图1.2图1.3环己酮精馏塔的改造。某厂环己酮生产精馏塔塔径116m,塔高40m,原安装70702515m250Y金属波纹板填料。每5m填料层安一只液体再分布器。改造前后各项指标对比如表1.2。由表1.2可知,250Y金①通量大,在塔体不变的条件下,环己酮产量从5000t/a扩大至10000t/a统的环己酮减少,而且回流比从5下降至217,下降将近一半。③压降低,在塔顶绝压相同的情况下,釜温从126℃下降至90℃。由于釜温降低,可加热,蒸馏得率3项的提高所产生的直接经济效益达每年20116万元。图 论计算可知,在保温和热量回收理想情况下,外供蒸汽量可降低到400kg/t氨以下,较大程度的回收变换气余热自产蒸汽,在不增加塔高塔径的条件下,通过采用7022.矩鞍环填料环形填料和鞍形填料是主要的2矩鞍环把环形和鞍形填料结合在一起,因此兼有两者的优点。金属矩鞍环由美国诺顿(Norton)公司于1978年开发成功,在此基础上,我国研制出了国产的矩鞍环填料,金从其结构来看,这种填料最大的特点是,整个填料是开放式的,几乎是由几条筋于Dg50(95250Y金属波纹板材料(97点。从图1.53图 123相同公称直径的3种填料,矩鞍环的比表面积最小,但其传质效率并未下降,与积得到充分利用,与鲍尔环相比有效气液接触面积并未像比表面积那样下降那么多,填料的结构使得液体在填料上汇合和分散的点较多,有利于液体的表面更新,提高传300×104t和250×104t的2套原油蒸馏装置,其减压塔均按生产润滑油馏分类型设241.6在减压塔<412m表 40t/h100t/h填料高度:三蒸馏为1172m2119m3113m18m3二蒸馏的处理量正常时比三蒸馏大,最大达9500t/h,减压塔顶的操作仍处于正常情58.14260.1321.19生变化,因此新投用的填料应采用耐腐蚀的材质为好。32液萃取和气液传质的扁环填料,也具有优良的性能。3管式液体分布器1.6图1.6时,对液体分布的质量影响较小。管式液体分布器要求液体较为清洁,并在分布器之前安装过滤器,以免堵塞喷淋孔。一径可取215mm以下,但提高对流体过滤的要求。图 槽式液体分布器槽式流体分布器分布主要分孔流型和溢流型两种,如1.7所示。分布器除了图1.7所示以外,还有多种形式,目的为了提高分布器的操作弹性和改善盘式液体分布器盘式分布器的结构如图1.8所示,喷淋孔设置在盘的底板上,升气小的场合,作为流体再分布器所占用的空间较小。图 液体再分布器即使在液体初始分布较为均匀的情况下,由于填料的自分布作用和用有两个:一是把液体重新分布均匀;二是使整个塔截面浓度不均匀流体混合,使流高气通量的旋流塔板、高液通量的DJ塔板等,通量大于填料塔。在高压操作的条件下,板(其实也是一种复合塔板)的效率与波纹填料的相当。绘图软件。XPr2CAXACAXAV2XPCAXACAD软件系统，它是为满足国内企业界对计算CAXA郑重推出的。CAXACAXACAXA始终跟踪国内外先进技术，尽CAXACAD系统。它以交互图形方式，对几何模型进CAXA电子图板的不断完善，它将是设计工undo/redoCAD标准化审查。系统既备有符合国Access和Excel数据库接口。CAD系统的用户提供了标准的数据接口，可以有效地继承您以系统支持对象链接与嵌入，您可以在绘制的图形中插入其它Windows应用程序如MicrosoftWord的文档、MicrosoftExcel的电子表格等，也可以将绘制的图形嵌入到其取CAXA加工软件的几何数据。CAXAWindows驱动打印机和绘图仪，而且在绘CAXA电子图板绘制的图纸，最适合在安装滚筒纸的大幅面打印机或绘图仪CAXAAutoCAD界面基本一致，但它AutoCAD的命令行，各种命令在立即菜单中都有显示，无需键盘输AutoCAD的界面相比，CAXA电子图板更简洁，相同尺寸屏幕上绘图区的有矩形、圆、圆弧、圆环和椭圆等，CAXA电子图板则分为基本曲线和高级曲线两类，等距线绘制。在直线命令中集成了AutoCAD的射线、构造线和多线等命令。AutoCAD中的偏移命令，但它可双向同命令选择填充来实现。可见，CAXA电子图板的绘图功能比AutoCAD更加全面。CAXAAutoCAD的所有编辑命令，其中最具端和轴孔倒角，绘制轴孔类零件十分方便。外倒角和内倒角，如图1所示。满足机械图样中局部放大的要求，如图2所示。

1.10CAXAAutoCAD相比，命令更齐全，集成度更高。例如，AutoCAD所有的尺寸标注命令外，还新增了许多更加实用的命令(如CAXA电子图板为用户提供了丰富的标准件的参数化图库，包括常用的机械零件、CAXAAutoCAD相比，除了有符合国标的图纸幅面、图框7.CAXACAXAAutoCAD相比虽然有不少创新之处，但仍存在许多不足，尤其是在AutoCAD中比较成熟的东西，在CAXA电子图板中反而比较粗糙。AutoCAD的“对象捕捉”CAXA电子图板特征点的xf65%（摩尔百分数塔顶操作压力：P=2.5MPa（表压回流比系数 DWDdWwF 解得：D65.625kmolh;W34.375kmol1）LRD;VR1假设塔顶温度Tt0256.15KPt2.50.1P-T-KKA0.975,KB则1KAKBP-T-KKA0.975,KB则2KAKB所以有平均122饱和蒸汽进料qq

代入数据，解得 y

1(RminxDyeyeR1.5Rmin精馏段方程

x nn x R1 R提馏段方程

xn

qL xn qqq Lq 直至xn 计算结束。理论板数：Nt=35（含釜精馏段 提馏段 PrPPc0.52,对比温度TrTTc查得压缩因子ZVPM/(ZRT51.95kg液相表面张力：2.929m

F

VM/(3600V)0.0638m3/LM/(3600L)0.007m3/ C200

操作气速：u=泛点率AVvsuAdA/AT=1-Ad/AT截面积:AT=A/0.88=1.892m塔径：D 符合《化工原理》P1086.10.1P110

D21.5386m2AA0.12 气体流道截面积：AAA AAA ZHTNp29.25mZ3060L

所以，总塔高hZ0.25(0.60.45)41.51.51.4536.9mLh45.72m3/ 降液管（弓形所以，堰长lw0.73DE=1.0Lvh2/how2.84103E W

0.0241m取堰高hw0.05m,底隙hb取塔板厚度边缘区宽度bc=50mm

r2sin1x)r2r2xD2bdbs0.44mrD/2bc0.75m取动能因子F12，u 1.66m/ ()0VdV则A00.072m2可估算孔心距A/Aa

t 定浮阀的实际个数nt=150mm布孔，实际排阀数目为33。1 1.36L 1 L

1F1A

或 0.78A 查《课程设计》P2175-195-11CF0.118,K hfh0h1干板阻力h0u2阀全开h v0,未全开h1.99u0175/L 2g L联立上两式得：临界孔速uoc1.114msu01.558m故阀全开，用上式计算h0。得h00.078m液柱塔板气液层阻力hL为碳烃化合物，取充气系数00h0.004/(Lgd0.8105m液柱hfh0h1h0.1113m液柱0HdhWhOWhf Lvs Lvhh d0.153 1.18108 0.017mW W

hb

lWhbHdhWhOWhfhd0.0227m取降液管中泡沫层相对密度：H'Hd0.371mHT

0.450.05 Ad

7.9s5s0F'50 0.6935m/s,u1.66m/K

'2.311.5//1 1.36L 1 L

1F1A

或 0.78A Vh3.83Lh1332令 0..0284E(L/L)2/30.006,其中E Lh3.41m3取动能因子F5，则V18000A 187.3m3/ 令Ad

得： 720HA75.33m3/ TH'HhH/ HdhWhOWhfhd V24120000070270L2/3 L45.72m3h,V428.04m3 2.1塔体16MnR:[σ]t170MPa,[σ]=170MPaσ裙座Q235-A:[]t113MPa,[]113MPa,sE1.9*105c筒体：S= pcDi 21701-1.8c 1.81600 21701-加上壁厚附加量C3mm，并圆整，还应考虑刚度、稳定性及多种载荷等因素，取筒体、封头、和裙座的名义厚度Sn均为18mm（通过以下详细计算反复跌代可计算），SeSnC18216mm。m14

(Do2Di2 1.23621.22)34.847.851034m25142Dis1800mm,Dos1836mm,dis1200mm,dos1236mmm(Dom2Dim2

(1.53621.52)57.851033369.254kgm01m1m2m3查得浮阀塔盘单位质量75kg Di2

65

1.225775 [(Do

)2Do2]Ho

平台单位质量qp150kg笼式扶梯单位质量qF40kg m04

[(Do

2B)2(Do2s

]

qf

Di2hND V p mDi2H o

2Vf

m0m01m02m03m04m05mamminm010.2m02m03m04ma3.2.10mmaxm01m02m03m04mwma3.1质量合1234567计00000000000000000塔段长度00110114001m0HT1 10m0H查得：max0.237Tg0.3（Ⅱ类场地土，近震地震影响系数

(Tg)0

故取10.46结构综合影响系数CzM'0016CzmgH1.4108 1 M001.25M'00 M'118Cz1m0g(10H3514H25h4h35) 175H2 M111.25M'111.7108 M'228Cz1m0g(10H3514H25h4h35)1.1106 175H2 M221.25M'221.4108 1）风振系 各计算塔段的风振系数K2i由

1izifi3.212345675脉动增大系数脉动影响系数振型系数φzi(12）Dei设笼式扶梯与塔顶管线成900角，取平台构件的投影面积

Doi2siK3Doi2siK4do2式中，塔和管线的保温层厚 sips100mm，塔顶管线外od325mm,K3400mm，K4o3.3塔段 塔 8000 8000 2086 2086由式PKKqfl 120113.41234567M00Pl1P(ll2) P(llllll6)1.9109N 1 2 6 M11Pl2P(ll3) P(lllll6)1.8109N 2 3 6 M22Pl3P(ll4) P(llll6)1.5109N 3 4 6 pc

e00

00g202

11202

g

222 -5.70796MPa2MMM

MwMii0.25Mw 计算结果如下：（单位Mmax001.9109NMmax111.8109N 221.5109N

M

M 33

113

isMZM22

M

i强度校 筒体危险截面2－2处的最大组合轴向拉应 因为因为

K[稳定性校 筒体危险截面2－2处的最大组合轴向压应

2－22－2 许用轴向压应力[]crmin{KBK[ 其 按GB150《钢制压力容器》中的规定，A0.094/(Ri/Se)则算得[]cr

0－00－0

1－11－1 A0.094/(Ri/Se) 则[]crmin{KBK[]t因 max组

由试验压力引起的环向应力 p1.25P[] pT液柱静压力0.9s263.925MPa因为0.9

Se/(2Sei)1pTDi/(4Sei)222 222 e3223

2－22－2

轴向许用压应力[]crmin{KB0.9Ks

-

max-A000.3M00w3

4is4110.3M11 Z3Z 轴向许用应力[]crmin{KB0.9Ks因为因为max

取DobDis160~400)2300mmDibDis160~4001800mm(D4D4 Z ib7.510b(D2D2A ib

mg0.3M M max0 max}M 因为bmaxM36l160mm，则bl b查表得Mx0.165bmaxb29001.31Nmm/mmM0.0781 l26259.87Nmm b取MsMx9001.31Nmm基础环材料的许用应力[]bSb 取SbwB M00mmingwB M000.25M00mgB B

所以取B因为E0d1 p=1.8MPa 钢板负偏差ddi2c(530218)2(2.72) 筒体计算厚度Ad2(tnc)(1fr)dMAXB2d,Bd2nMINh1 dtn,A(Bd)()2(tc)()(1fr)(Bd)()