乙醇水溶液提純精餾塔設(shè)計(jì).doc

編號(hào) 字 號(hào) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 題目 姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 二 一二年六月 乙醇水溶液 提純精餾 120kt a 設(shè)計(jì) 張飛飛 06082927 過(guò)程裝備與控制工程 2008 2 班 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)院 化工學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 過(guò)控 08 2 班 學(xué)生姓名 張飛飛 學(xué)生姓名張飛飛學(xué)號(hào)教師姓名朱榮濤職稱講師 題 目乙醇水溶液提純中精餾塔 120kt a 設(shè)計(jì) 主要研 究?jī)?nèi)容 該設(shè)計(jì)為乙醇水溶液進(jìn)行提純工藝中年產(chǎn) 12 萬(wàn)噸精餾塔的設(shè)計(jì) 年開工日按 330 天計(jì)算 文獻(xiàn)綜述方面重點(diǎn)在對(duì)最新?lián)Q熱設(shè)備 塔設(shè)備方面技術(shù)資料的查閱 和總結(jié) 了解當(dāng)前相關(guān)技術(shù)的趨勢(shì)和發(fā)展 設(shè)計(jì)方面重點(diǎn)在對(duì)重要設(shè)備的計(jì)算和 施工圖的完成 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 工藝條件的確定 2 塔設(shè)備工藝計(jì)算 總體結(jié)構(gòu) 理論塔板數(shù)等 3 塔設(shè)備結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度校核計(jì)算 4 繪制塔設(shè)備 再沸器施工圖 裝配圖 主要零 部件圖 5 完成專題論文一篇 不少于 3000 字 6 完成英文文獻(xiàn)翻譯 不少于 3000 字 研究與 設(shè)計(jì)方法 利用有關(guān)技術(shù)資料 化工原理課程設(shè)計(jì) 塔設(shè)備設(shè)計(jì) 化工原理 等進(jìn)行工藝計(jì)算與機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算 利用 機(jī)械制圖 機(jī)械零件手冊(cè) 及相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)繪制工程圖紙 主要技 術(shù)指標(biāo) 或 研究目標(biāo) 主要技術(shù)指標(biāo) 塔設(shè)備設(shè)計(jì)條件 入料濃度 15 C2H5OH H2O 質(zhì)量百分比 塔頂酒精濃度 96 C2H5OH H2O 質(zhì)量百分比 釜液乙醇濃度 0 5 操作壓力 常壓 操作溫度 100 進(jìn)料狀態(tài) 自選 回流比 自選 塔底加熱蒸汽壓力 0 35MPa 塔類型 板式塔 主要參 考文獻(xiàn) GB150 1998 鋼制壓力容器 化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書 塔設(shè)備 化學(xué)工程手冊(cè) 化工原理 化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 機(jī)械零件手 冊(cè) 化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 及相關(guān)資料 院長(zhǎng)簽字 指導(dǎo)教師簽字 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱書 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握 獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力 研究 內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法 取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn) 工作態(tài)度及工作量 總 體評(píng)價(jià)及建議成績(jī) 存在問(wèn)題 是否同意答辯等 成 績(jī) 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書 評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ) 選題的意義 基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握 綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí) 解決實(shí)際問(wèn)題的能力 工作量的大小 取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn) 寫作的規(guī)范程 度 總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī) 存在問(wèn)題 是否同意答辯等 成 績(jī) 評(píng)閱教師簽字 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績(jī) 答 辯 情 況 回 答 問(wèn) 題 提 出 問(wèn) 題 正 確 基本 正確 有一 般性 錯(cuò)誤 有原 則性 錯(cuò)誤 沒(méi)有 回答 答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及建議成績(jī) 答辯委員會(huì)主任簽字 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī) 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人 年 月 日 摘 要 乙醇 水是工業(yè)上最常見(jiàn)的溶劑 也是非常重要的化工原料之一 是無(wú)色 無(wú)毒 無(wú)致癌性 污 染性和腐蝕性小的液體混合物 因其良好的理化性能 廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門 近些年來(lái) 由于燃料價(jià)格的上漲 乙醇燃料越來(lái)越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢(shì) 但是由于乙醇 水體系有共沸現(xiàn)象 普 通的精餾難于得到高純度的乙醇 因此 研究和改進(jìn)乙醇 水體系的精餾設(shè)備是非常必要的 本設(shè)計(jì)基 于精餾的原理 查閱乙醇 水體系的相關(guān)物性參數(shù) 對(duì)精餾裝置進(jìn)行設(shè)計(jì) 而這一設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要內(nèi) 容有 物料衡算 熱量衡算 塔體工藝設(shè)計(jì) 塔板工藝設(shè)計(jì) 塔附屬設(shè)備設(shè)計(jì)以及部分機(jī)械設(shè)計(jì) 關(guān)鍵詞 乙醇 水 精餾塔設(shè)計(jì) 附屬設(shè)備設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì) ABSTRACT Ethanol water is one of the most common industrial solvents and important chemical raw materials which is colorless non toxic non pollution non carcinogenic and little corrosive Due to its good physical and chemical properties Ethanol water is widely used in many national economic sectors In recent years because of the rising prices of fuels ethanol fuel issaid to replace traditional fuels in future but due to the ethanol water system azeotropicphenomenon it is difficult to produce high purity ethanol through common distillation Therefore It is essential to research and improve the distillation equipment of ethanol water system This article is based on the principle of Distillation Access to some related physical parameters of ethanol water system This process of designing the main content Material balance energy balance the tower of design ancillary equipment design as well as some mechanical design Key words ethanol water distillation tower design Ancillary equipment design mechanical design 總總 目目 錄錄 第一部分 設(shè)計(jì)說(shuō)明書第一部分 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第二部分 專題論文第二部分 專題論文 第三部分 專英翻譯第三部分 專英翻譯 第四部分 致謝第四部分 致謝 第一部分 設(shè)計(jì)說(shuō)明書第一部分 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 目目 錄錄 1 緒緒 論論 1 1 1 設(shè)計(jì)背景 1 1 2 設(shè)計(jì)意義 1 1 3 設(shè)計(jì)步驟 1 2 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算 2 2 1 精餾流程的確定 2 2 2 塔的物料衡算 2 2 2 1 查閱文獻(xiàn) 整理有關(guān)物性數(shù)據(jù) 2 2 2 2 料液及塔頂 塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) 3 2 2 3 平均摩爾質(zhì)量 3 2 2 4 物料衡算 3 2 3 塔板數(shù)的確定 3 2 3 1 乙醇 水物系的氣液平衡數(shù)據(jù) 4 2 3 2 求最小回流比 及操作回流比 4 2 3 3 求精餾塔的氣液相負(fù)荷 4 2 3 4 求操作線方程 4 2 3 5 圖解法求理論塔板層數(shù) 4 2 3 6 求實(shí)際塔板數(shù) 5 2 4 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算 6 2 4 1 操作壓力 6 2 4 2 平均摩爾質(zhì)量 7 2 4 3 平均密度 7 2 4 3 1 氣相密度 7 2 4 3 2 液相平均密度 7 2 4 4 液體表面張力 8 2 5精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 9 2 5 1 塔徑的計(jì)算 9 2 5 2 精餾塔有效高度的計(jì)算 9 2 6塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 9 2 6 1 堰長(zhǎng) 9 2 6 2 溢流堰高度 10 2 6 3 弓形降液管寬度和截面積 10 2 6 4 降液管底隙高度 11 2 7塔板布置 11 2 7 1 塔板的分塊 12 2 7 2 邊緣區(qū)寬度確定 12 2 7 3 開孔區(qū)面積計(jì)算 13 2 8塔版流體力學(xué)驗(yàn)算 13 2 8 1 氣相通過(guò)浮閥塔板的壓強(qiáng)降 13 2 8 2 液沫夾帶 14 2 8 3 漏液 14 2 8 4 液泛 14 2 9塔板負(fù)荷性能圖 14 2 9 1 漏液線 15 2 9 2 液沫夾帶線 15 2 9 3 液相負(fù)荷下限線 16 2 9 4 液相負(fù)荷上限線 16 2 9 5 液泛線 16 2 9 6 漏液線 16 3 塔盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3 1塔板結(jié)構(gòu) 19 3 1 1 矩形板 19 3 1 2 通道板 22 3 1 3 弧形板 22 3 2受液盤 23 3 2 1 凹形受液盤 23 3 2 2 液封盤 24 3 3降液板 24 3 4支持板和支持圈 25 3 5緊固件結(jié)構(gòu) 25 3 6塔盤機(jī)械計(jì)算 26 3 6 1 塔盤的載荷 26 3 6 2 塔盤板的允許撓度 27 3 6 3 矩形板穩(wěn)定性校核 27 3 6 1 塔盤重量估算 27 3 6 2 不同載荷下的穩(wěn)定性校核 27 3 7本章小結(jié) 30 4輔助裝置及附件設(shè)計(jì) 30 4 1接管設(shè)計(jì) 30 4 1 1 進(jìn)料管 31 4 1 2 回流管 31 4 1 3 塔釜出料管 31 4 1 4 塔頂蒸氣出料管 33 4 1 5 塔釜進(jìn)氣管 33 4 1 6 法蘭 33 4 2 塔頂回流冷凝器 34 4 2 1 整體式 34 4 2 2 強(qiáng)制循環(huán)式 34 4 3塔底再沸器 34 4 4除沫器設(shè)計(jì) 35 4 4 1 設(shè)計(jì)氣速的選取 35 4 4 2 除沫器直徑計(jì)算 36 4 5吊柱 36 4 5 1吊柱的選型 36 4 5 2吊柱的結(jié)構(gòu) 36 4 6 人孔 37 4 7 裙座 38 4 7 1裙座選材 38 4 7 2裙座的結(jié)構(gòu) 38 4 7 2 1 座體 38 4 7 2 2 座體厚度 38 4 7 2 3 裙座與塔體的連接 38 4 7 2 4 裙座缺口 40 4 7 2 5 檢查孔 40 4 7 2 6 排氣管 40 4 7 2 7 引出管通道 40 4 7 2 8 防火層與保溫層 40 4 8 操作平臺(tái)和扶梯 40 4 9 本章小結(jié) 40 5 塔的強(qiáng)度設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性校核 41 5 1 設(shè)計(jì)條件 41 5 1 1 塔總體高度 41 5 1 11 塔頂空間高度41 5 1 12 塔底部空間高度 41 5 1 13 開有人孔的板間距 41 5 1 14 裙座高度 41 5 1 1 塔進(jìn)料板高度 41 5 1 1 塔總體高度 41 5 1 2按計(jì)算壓力計(jì)算塔體和封頭的厚度 41 5 111 塔體厚度計(jì)算 41 5 112 封頭厚度計(jì)算 41 5 2 已知條件 42 5 3 塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算 42 5 4 自振周期計(jì)算 44 5 5 地震載荷與地震彎矩計(jì)算 44 5 6 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算 46 5 7 偏心彎矩及最大彎矩 49 5 8 圓筒軸向應(yīng)力校核和圓筒穩(wěn)定校核 49 5 9 塔設(shè)備壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核 50 5 10 裙座軸向應(yīng)力校核 51 5 11 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) 53 5 12 地腳螺栓計(jì)算 54 5 13 校核結(jié)果 54 5 15 塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算 54 5 14 本章小結(jié) 55 6 塔設(shè)備的制造 安裝及運(yùn)輸 55 6 1 塔設(shè)備制造要求 55 6 1 1制造上的要求 55 6 1 1 1 材料檢驗(yàn) 55 6 1 1 2 冷熱成形 55 6 1 2制造與組裝 55 6 1 3焊接及其特點(diǎn) 56 6 1 4熱處理 56 6 2大型塔設(shè)備的安裝 57 6 2 1安裝上的考慮 57 6 2 2塔盤的安裝 57 6 3塔設(shè)備的運(yùn)輸 57 6 3 1運(yùn)輸上的考慮 57 6 3 2鐵路運(yùn)輸 58 7總結(jié) 58 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 61 附錄附錄 1 專題論文 專題論文 62 附錄附錄 2 翻譯部分 翻譯部分 69 英文原文英文原文 70 中文譯文中文譯文 75 致致 謝謝 83 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 1 頁(yè) 1 緒 論 1 1 設(shè)計(jì)背景 精餾是分離液體混合物 含可液化的氣體混合物 最常用的一種單元操作 在化 工 煉油 石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用 1 2 設(shè)計(jì)意義 乙醇在工業(yè) 醫(yī)藥 民用等方面 都有很廣泛的應(yīng)用 是很重要的一種原料 在 很多方面 要求乙醇有不同的純度 有時(shí)要求純度很高 甚至是無(wú)水乙醇 這是很有 困難的 因?yàn)橐掖紭O具揮發(fā)性 也極具溶解性 所以 想要得到高純度的乙醇很困難 要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度 要用連續(xù)精餾的方法 因?yàn)橐掖己退?的揮發(fā)度相差不大 精餾是多數(shù)分離過(guò)程 即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過(guò) 程 因此可使混合液得到幾乎完全的分離 化工廠中精餾操作是在直立圓形的精餾塔 內(nèi)進(jìn)行的 塔內(nèi)裝有若干層塔板或充填一定高度的填料 為實(shí)現(xiàn)精餾分離操作 除精 餾塔外 還必須從塔底引入上升蒸汽流和從塔頂引入下降液 可知 單有精餾塔還不 能完成精餾操作 還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器 有時(shí)還要配原料液預(yù)熱器 回 流液泵等附屬設(shè)備 才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作 1 3 設(shè)計(jì)步驟 塔設(shè)備的設(shè)計(jì)一般主要包括兩個(gè)部分 工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì) 工藝設(shè)計(jì)中要初 步確定各階段混合物的物理特性 由計(jì)算得出的具體數(shù)據(jù)再進(jìn)行塔板的最基本設(shè)計(jì) 機(jī)械部分要解決的問(wèn)題 除了確定塔設(shè)備的各細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)外 更重要的就是要做各種 校核工作 以保證設(shè)計(jì)完成的塔設(shè)備不僅能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn) 而且必須符合國(guó)家安全生 產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn) 然后是畫圖階段 圖紙包括一張裝配圖和若干零件圖 均采用計(jì)算機(jī)繪 圖 并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行繪制 本設(shè)計(jì)的研究的步驟 一 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 1 計(jì)算理論塔板數(shù) 塔板效率 確定實(shí)際塔板數(shù) 2 計(jì)算塔徑 空塔氣速 3 塔盤設(shè)計(jì) 溢流裝置設(shè)計(jì) 進(jìn)行流體力學(xué)計(jì)算 繪制塔板負(fù)荷 性能圖 4 選擇塔板間距 初步確定塔高 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 2 頁(yè) 2 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算 2 12 1 精餾流程的確定精餾流程的確定 乙醇 水溶液經(jīng)預(yù)熱至泡點(diǎn)后 用泵送入精餾塔 塔頂上升蒸氣采用全冷凝 后 部分回流 其余作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽 塔釜采用間接蒸汽再 沸器供熱 塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽 在本設(shè)計(jì)中 由于流量太大 設(shè)計(jì)兩個(gè)精 餾塔 2 2 塔的物料衡算塔的物料衡算 2 2 12 2 1 查閱文獻(xiàn) 整理有關(guān)物性數(shù)據(jù)查閱文獻(xiàn) 整理有關(guān)物性數(shù)據(jù) 2 2 1 12 2 1 1 水和乙醇的物理性質(zhì)水和乙醇的物理性質(zhì) 表 1 1 名 稱 分子 式 相對(duì) 分子 質(zhì)量 密度 20 3 kg m 沸 點(diǎn) 101 33kP a 比熱容 20 Kg kg 黏度 20 mPa s 導(dǎo)熱系數(shù) 20 m 表面張力 20 N m 水 2 H O 18 0 2 9981004 1831 0050 59972 8 乙 醇 25 C H OH 46 0 7 78978 32 391 150 17222 8 2 2 1 22 2 1 2 常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù) 見(jiàn)表常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù) 見(jiàn)表 常壓下乙醇 水系統(tǒng) t x y 數(shù)據(jù)如表 1 2 所示 表 1 2 乙醇 水系統(tǒng) t x y 數(shù)據(jù) 乙醇摩爾數(shù) 乙醇摩爾數(shù) 沸點(diǎn) t 氣相液相 沸點(diǎn) t 氣相液相 99 90 0040 0538227 356 44 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 3 頁(yè) 99 80 040 5181 333 2458 78 99 70 050 7780 642 0962 22 99 50 121 5780 148 9264 70 99 20 232 9079 8552 6866 28 99 00 313 72579 561 0270 29 98 750 394 5179 265 6472 71 97 650 798 7678 9568 9274 69 95 81 6116 3478 7572 3676 93 91 34 1629 9278 675 9979 26 87 97 4139 1678 479 8281 83 85 212 6447 4978 2783 8784 91 83 7517 4151 6778 285 9786 40 82 325 7555 7478 1589 4189 41 乙醇相對(duì)分子質(zhì)量 46 07 水相對(duì)分子質(zhì)量 18 02 2 2 22 2 2 料液及塔頂 塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)料液及塔頂 塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) X 0 064 F 0 15 46 0 150 85 4618 X 0 0 779 D 0 90 46 0 900 10 4618 X 0 002 W 0 005 46 0 0050 995 4618 2 2 32 2 3 平均摩爾質(zhì)量平均摩爾質(zhì)量 進(jìn)料板 M 0 064 46 07 1 0 064 18 02 19 79 kg kmol F 塔頂 M 0 779 46 07 1 0 779 18 02 39 81kg kmol D 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 4 頁(yè) 塔底 M 0 002 46 07 1 0 002 18 02 18 06kg kmol W 2 2 42 2 4 物料衡算物料衡算 已知 D 190 01 60000 1000 39 81 330 24 kmol h 總物料衡算 F D W 易揮發(fā)組分物料衡算 0 779 190 01 0 002W 0 064F 聯(lián)立以上二式得 F 2381 29 kmol h W 2191 28 kmol h 2 32 3 塔板數(shù)的確定塔板數(shù)的確定 乙醇 水屬理想物系 可采用圖解法求理論板層數(shù) 2 3 12 3 1 由手冊(cè)查得乙醇由手冊(cè)查得乙醇 水物系的氣液平衡數(shù)據(jù) 繪出水物系的氣液平衡數(shù)據(jù) 繪出 x x y y 圖 見(jiàn)下圖圖 見(jiàn)下圖 2 3 22 3 2 求最小回流比求最小回流比及操作回流比及操作回流比 min RR 采用作圖法求最小回流比 在圖 1 中對(duì)角線上 自點(diǎn) a 0 779 0 779 作切線 ab 交 y 軸于點(diǎn) 0 000 0 420 故 求得 0 855 D min 1 x 0 420 R min R 取操作回流比為 R 2 2 0 855 1 71 min R 2 3 32 3 3 求精餾塔的氣液相負(fù)荷求精餾塔的氣液相負(fù)荷 L RD 1 71 190 01 324 92kmol h V R 1 D 1 1 71 190 01 514 93 kmol h 324 92 2381 29 2706 21 kmol hFLL 514 93kmol h VV 2 3 42 3 4 求操作線方程求操作線方程 精餾段操作線方程為 y 324 92190 01 0 7790 6310 287 514 93514 93 D LD xxxx VV 提餾段操作線方程為 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 5 頁(yè) 2706 212191 28 0 0025 2550 008 514 93514 93 w LW yxxxx VV 2 3 52 3 5 圖解法求理論塔板層數(shù)圖解法求理論塔板層數(shù) 采用圖解法求理論塔板層數(shù) 如圖 1 所示 求解結(jié)果為 總理論塔板層數(shù) 13 5 包括再沸器 T N 進(jìn)料板位置 9 F N 作圖如 1 1 圖 1 1 2 3 62 3 6 求實(shí)際塔板數(shù)求實(shí)際塔板數(shù) 全塔效率 T E 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 6 頁(yè) 查得 乙醇安托尼方程 3674 49 ln16 67583 226 p t 水的安托尼方程 1657 46 ln7 07406 227 2 p t 泡點(diǎn)方程 B D AB pp x pp 總 用試差法得出 進(jìn)料板溫度 t97 8 F C 塔頂溫度t82 1 D C 塔底溫度t99 7 W C 平均溫度 ttt82 1 97 899 7 t 93 1 33 DFW 平均粘度計(jì)算 已知 t 87 3 C 0 327 水 0 430 乙醇 t 93 83 C 0 294 水 0 380 乙醇 所以當(dāng) t 93 1 可得 C 0 245 0 49 47 11 T N 2 0 2977 H O 可得 i i x 0 3856 0 0640 2977 1 0 064 0 3033 26 0 3856 C H O i i x 0 3856 0 0640 2977 1 0 064 0 3033 計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度 y x 1 17 x y AB D AB y x 12 79 x y AB W AB 3 87 DW 計(jì)算塔板效率 T N 0 245 0 49 47 11 T N 實(shí)際塔板數(shù) 8 17 0 4711 N 精 5 5 12 0 4711 N 提 17 12 29N 總 2 42 4 塔的工藝條件及塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算物性數(shù)據(jù)計(jì)算 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 7 頁(yè) 2 4 12 4 1 操作壓力操作壓力 塔頂壓力 101 3kpa D P 塔底壓力 kpa w 350 P 若取每層塔板壓強(qiáng) kpaP 350 101 3 8 6 29 則進(jìn)料板壓力 101 3 17 8 6 247 5kpa F P 精餾段平均操作壓力 kpa m 101 3247 5 174 4 2 P 2 4 22 4 2 平均摩爾質(zhì)量 平均摩爾質(zhì)量 塔頂 y 0 779 從圖中讀出 x 0 739 氣相 kg kmol V m 0 779 46 07 1 0 779 180239 87 D M 液相 kg kmol L m 0 739 46 07 1 0 739 18 0238 74 D M 進(jìn)料板 y 0 369 從圖中讀出 x 0 064 氣相 kg kmol V m 0 369 46 07 1 0 369 18 0228 37 F M 液相 kg kmol L m 0 064 46 07 1 0 064 18 0219 82 F M 塔釜 y 0 025 從圖中讀出 x 0 002 氣相 kg kmol Vm 0 025 46 07 1 0 025 18 0218 72 W M 液相 kg kmol L m 0 002 46 07 1 0 002 18 0218 08 W M 精餾段平均摩爾質(zhì)量 kg kmol Lm 38 74 19 82 29 82 2 M kg kmol Vm 39 8728 37 34 12 2 M 提餾段平均摩爾質(zhì)量 kg kmol Lm 19 82 18 08 18 95 2 M kg kmol Vm 28 37 18 72 24 04 2 M 2 4 32 4 3 平均密度平均密度 m 2 4 3 12 4 3 1 氣相密度氣相密度 V m 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算 即 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 8 頁(yè) 精餾段 kg kmol 174 4 34 12 1 95 8 314 89 95273 15 mVm Vm m P M RT 精餾段 kg kmol 298 6 34 12 2 32 8 314 998 75273 15 mVm Vm m P M RT 2 4 3 22 4 3 2 液相平均密度依下式計(jì)算液相平均密度依下式計(jì)算 即即 1 iiLm a 塔頂液相密度的計(jì)算 由82 1 查手冊(cè)得 D t 739 7 kg 970 5 kg A 3 m B 3 m kg 1 757 9 0 90 739 70 10 970 5 LDm 3 m 進(jìn)料板液相密度的計(jì)算 由97 8 查手冊(cè)得 F t 720 1 kg 959 9 kg A 3 m B 3 m kg LFm 1 914 2 0 15 720 1 0 85 959 9 3 m 塔釜液相密度的計(jì)算 由99 7 查手冊(cè)得 F t 720 1 kg 959 9 kg A 3 m B 3 m kg LFm 1 957 0 0 005 720 1 0 995 959 9 3 m 精餾段液相平均密度為 757 9 914 2 2 836 0 kg Lm 3 m 提餾段液相平均密度為 757 9 957 0 2 935 6 kg Lm 3 m 2 4 42 4 4 液體表面張力液體表面張力 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 9 頁(yè) 乙醇臨界溫度 243 水的臨界溫度 374 2C C 塔頂液體表面張力計(jì)算 當(dāng)乙醇水溶液質(zhì)量分率為 90 是 查的 N m 3 25 22 7 10 mCDii x T 0 779 243 T 1 0 779 374 2 272 0C 1 21 2 m 25m25 272 082 1 0 727 272 025 CDDLD CD TT TT N m 3 16 55 10 LD 進(jìn)料板質(zhì)量分率 15 N m 3 25 41 86 10 mCFii x T 0 064 243 T 1 0 064 374 2 365 80C 1 21 2 m 25m25 365 8097 8 0 749 365 8025 CFFLF CF TT TT N m 3 31 35 10 LF 塔釜質(zhì)量分率 0 5 N m 3 25 71 90 10 mCWii x T 0 064 243 T 1 0 064 374 2 365 80C 1 21 2 m 25m25 365 8097 8 0 749 365 8025 LWCWF CW TT TT N m 3 53 85 10 LW 16 55 31 37 2 23 95 N m L 3 10 3 10 53 85 31 37 2 42 60 N m L 3 10 3 10 2 52 5 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 2 5 12 5 1 塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 精餾段的氣 液 相體積流率為 3600 Vm s Vm VM V 514 93 34 12 2 503 3600 1 95 sm 3 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 10 頁(yè) s L 3600 Lm Lm LM 324 92 29 28 0 0032 3600 836 0 sm 3 3600 Vm s Vm V M V 514 93 24 04 1 482 3600 2 32 sm 3 s L 3600 Lm Lm LM 2706 21 18 95 0 0152 3600 935 6 sm 3 由 max u V VL C 式中 C 由式計(jì)算 其中的由史密斯關(guān)聯(lián)圖查取 圖的橫坐標(biāo)為 2 0 20 20 L CC 20 C 2 1 V L h h V L 1 2 0 027836 0 0 0256 2 1661 95 1 2 hL hV L V 1 2 0 0152935 6 0 2060 1 4822 32 取板間距 0 40m 板上液層高度 0 07m 則 T H L h 0 40 0 07 0 33m Lt hH 查圖得 0 0675 0 0610 20 C 20 C 0 0675 2 0 20 20 L CC 0 2 23 96 0 070 20 0 0610 0 2 20 20 L CC 0 2 42 60 0 071 20 m s max u 836 0 1 95 0 070 1 448 1 95 m s max u 935 62 32 0 071 1 424 2 32 取安全系數(shù)為 0 7 則空塔氣速為 0 70 0 70 1 448 1 014m su max u 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 11 頁(yè) 0 70 0 70 1 424 0 997m s u max u D m u VS 44 2 503 1 773 3 1416 1 014 m D 4 S V u 4 1 482 1 376 3 1416 0 997 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 D 1 8m 塔截面積為 2 4 DAT 2 2 545 4 1 8 2 m 實(shí)際空塔氣速為 m su 2 503 0 983 2 545 2 5 22 5 2 精餾塔有效高度的計(jì)算精餾塔有效高度的計(jì)算 精餾段有效高度為 17 1 0 40 6 4m T HNZ 1 精精 提餾段有效高度為 12 1 0 40 4 4m T HNZ 1 提提 在進(jìn)料板上方開一人孔 其高度為 0 8 m 固精餾塔的有效高度為 6 4 4 4 0 8 11 6 m8 0 提精 ZZZ 2 62 6 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 2 6 12 6 1 溢流堰裝置計(jì)算溢流堰裝置計(jì)算 因塔徑 m 可選用單溢流弓型降液管 采用凹型收液盤 各計(jì)算如下 1 8D 2 6 12 6 1 堰長(zhǎng)堰長(zhǎng) W l 取 0 7 0 7 1 8 1 26 m W lD 堰上液流強(qiáng)度 0 0032 3600 9 143 1 26 h i w L L l 3 mh m 9 143u 穩(wěn)系數(shù) 0 0 min u13 36 1 731 5 u7 71 K 2 8 42 8 4 液泛液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛 將夜管內(nèi)液層高應(yīng)服從下式 d Tw HHh 0 5 0 40 059 0 1705 Tw Hhm 而 dpLd Hhhh 222 0 0 0 0027 0 2 0 2 0 2 0 0012 1 26 0 027 s d w L hu l h 0 0893 0 07 0 0012 0 1605m0 2 1 不得小于 0 2 max 0 2 0 23 0 046 k1Z1klk FCm g 0 11 22 33 4 水平地震力 k1 F N 4 69250 276136 9422140 78 垂直地震影響系數(shù) vmax vmax 0 65 max 0 65 0 45 0 2925 操作質(zhì)量 0 m kg 24119 76 當(dāng)量質(zhì)量 eq m kg 取 0 0 750 75 24119 7618089 eq mm 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 46 頁(yè) 底截面處垂 直地震力 0 0 V F N 0 0 max 0 2925 18089 9 8151905 03 VVeq Fmg 0 11 22 33 4 ii m h 4 1 65 10 6 3 90 10 8 1 11 10 8 1 42 10 6 ii i 1 m h 8 2 57 10 1 10 0 ii VVii6 10 kk k 1 417170 1 1 28 10 mh FFmh m h 0 11 22 33 4 垂直地震力 1 1 V F N 3 33787 82242228684 底截面處地震載荷 0 0 E1 M N mm 0 0 110 16 35 EZ MCm gH 8 3 11 10 底截面處地震彎矩 0 0 E M N mm 1 10 088 1 1 251 25 3 11 103 89 10 EE MM 截面 1 1 處地震彎 矩 1 1 E M N mm 1 11 1 1 1 25 EE MM 3 52 53 5 10 2 5 8 8 1 25 10144 175 3 61 10 Z Cm g HHhh H 截面 2 2 處地震彎 矩 2 2 E M N mm 2 22 2 1 1 25 EE MM 3 52 53 5 10 2 5 8 8 1 25 10144 175 3 33 10 Z Cm g HHhh H 5 6 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算 表 5 4 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算 計(jì)算公式及數(shù)據(jù) 計(jì)算內(nèi)容 0 11 22 33 4 各計(jì)算段的 外徑 oi D mm 218002 61812 oiin DD 塔頂管線外 徑 O d mm 400 第 i 段保 溫層厚 度 si 100 管線保溫層100 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 47 頁(yè) 厚度 ps 籠式扶 梯當(dāng)量 寬度 3 K 400 0 11 22 33 4各計(jì)算段長(zhǎng) 度 i l mm 1000200097006950 0 11 22 33 4 平臺(tái)數(shù) 0021 0 11 22 33 4 各段平臺(tái)構(gòu) 件的投影面 積A 2 mm 00 6 1 64 10 5 8 2 10 4 0 2A K l 0 11 22 33 4 操作平臺(tái)當(dāng) 量寬度 4 K 00489 5236 0 ei D Oisi4Ops D2Kd2 0 11 22 33 4 各計(jì)算段的 有效直徑 ei D mm 261226123101 62848 0 0 11 22 33 4 各計(jì)算段頂 截面距地面 的高度 it h m 100030001270019650 根據(jù) it h 0 11 22 33 4 風(fēng)壓高度變 化系數(shù) i f 0 80 80 81 14 體型系 數(shù) 1 K 0 7 基本風(fēng)壓值 0 q 2 N m 400 塔設(shè)備自振 周期 1 T s 0 58 2 0 1 q T134 56 查表 5 8 20 脈動(dòng)增大系 數(shù) B 2 04 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 48 頁(yè) 類 查表 5 9 20 0 11 22 33 4 脈動(dòng)影響系 數(shù) i B 類 0 720 720 720 72 0 11 22 33 4 it h H 0 060 180 581 u 1 0 根據(jù) it h H與 u 查表 5 10 20 0 11 22 33 4 第 i 段振型系 數(shù) zi 0 020 060 451 izi 2i i 1K f 0 11 22 33 4 各計(jì)算段的 風(fēng)振系數(shù) 2i K 1 0371 1101 8262 288 6 i12i0i iei 10PK K q f l D 0 11 22 33 4 各計(jì)算段的 水平風(fēng)力 i P N 606 741298 908499 8114455 95 0 0 截面的風(fēng) 彎矩 0 0 w M N mm 0 0 3124 w1213124123 8 l 2222 3 03 10 llll MPPP llP lll 1 1 截面的風(fēng) 彎矩 1 1 w M N mm 1 1 324 w232423 8 222 2 79 10 lll MPP lP ll 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 49 頁(yè) 2 2 截面的風(fēng) 彎矩 2 2 w M N mm 2 2 34 w343 8 22 2 32 10 ll MPP l 5 7 偏心彎矩及最大彎矩 表 5 5 偏心彎矩及最大彎矩 偏心彎矩 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算公式及數(shù)據(jù) 偏心質(zhì)量 e mkg4000 偏心距 emm200 偏心彎矩 e Mmm 7 4000 9 81 20007 848 10 ee Mm ge 最大彎矩 計(jì)算公式及數(shù)據(jù) 計(jì)算內(nèi)容 0 0 截面1 1 截面2 2 截面 i i We MM 8 3 81 10 8 3 57 10 8 3 10 10 0 25 i ii i EWe MMM 8 4 65 10 8 5 09 10 8 4 69 10 最大彎矩 max i i M N mm 8 4 65 10 8 5 09 10 8 4 69 10 5 8 圓筒軸向應(yīng)力校核和圓筒穩(wěn)定校核 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 50 頁(yè) 表 5 6 圓筒軸向應(yīng)力校核和圓筒穩(wěn)定校核 計(jì)算公式及數(shù)據(jù) 計(jì)算內(nèi)容 0 0 截面1 1 截面2 2 截面 有效厚度 e mm6 圓筒內(nèi)徑 i Dmm1800 計(jì)算截面以上的操作質(zhì) 量 0 i i m kg 24119 7623746 8321794 68 1 0 35 1800 39 38 44 6 i ei pD 設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng) 力 1 MPa 0039 38 0 2 i i iei mg D 操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng) 力 2 MPa 11 7411 5810 85 max 3 2 4 i i iei M D 最大彎矩引起的軸向應(yīng) 力 3 MPa 49 6946 0638 89 載荷組合系數(shù) K1 2 系數(shù) A 4 0 0940 094 6 4 18 10 900 ei i A R 查表得 150 16MnR 170 t 150 235QA 113 t s 設(shè)計(jì)溫度下材料的許用 應(yīng)力 t MPa 113113170 查圖得 51 16MnR118B 圖 4 8 51 235QA 93B 系數(shù) B MPa 9393118 KBMPa111 6111 6141 6 tK MPa135 6135 6204 取以上兩者中小值需用軸向壓應(yīng)力 cr MPa 111 6111 6141 6 tK MPa115 26115 26173 4 對(duì)內(nèi)壓塔器 滿足要求 23 cr 圓筒最大組合應(yīng)力 23 MPa61 4357 6449 74 對(duì)內(nèi)壓塔器 滿足要求 123 crK 圓筒最大組合拉應(yīng)力 123 MPa37 9534 4867 42 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 51 頁(yè) 5 9 塔設(shè)備壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核 表 5 7 塔設(shè)備壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核 計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù) 試驗(yàn)介質(zhì)的密度 介質(zhì) 為水 3 kg cm 0 001 液柱高度 Hcm19650 液柱靜壓力 9 81H MPa 0 170 有效厚度 ei mm4 筒體內(nèi)徑 i Dmm1800 2 2 截面最大質(zhì)量 2 2 T m kg 55054 42 試驗(yàn)壓力 T pMPa0 35 筒體常溫屈服點(diǎn) s MPa 345 2 2 截面 0 9 s K MPa372 6 2 2 截面 KBMPa141 6 取以上兩者中小值壓力試驗(yàn)時(shí)圓筒材 料的許用軸向壓 cr MPa 141 6 試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng) 力 T MPa 9 81 2 Tiei T ei pHD 136 99 液壓實(shí)驗(yàn)時(shí) 滿足要求 136 99 T 0 9 s K 試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng) 力 1T MPa 1 49 22 4 i T T ei p D 重力引起的軸向應(yīng)力 2T MPa 2 2 2 23 88 i T T ei mg D 彎矩引起的軸向應(yīng) 力 3T MPa 2 2 3 2 4 0 3 14 55 We T iei MM D 123 39 89 TTT 液壓試驗(yàn)時(shí) 滿足要求 123 39 89 TTT 0 9 s K 壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)圓筒最大組 合應(yīng)力 MPa 滿足要求 23 36 2 TT cr 5 10 裙座軸向應(yīng)力校核 表 5 8 裙座軸向應(yīng)力校核 計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù) 裙座有效厚度 es mm4 裙座筒體內(nèi)徑1800 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 52 頁(yè) is Dmm 0 0 截面積 sb A 2 mm 4 3 14 1800 42 26 10 sbisis AD 0 0 截面系數(shù) sb Z 3 mm227 3 14 180041 02 10 44 sbiss ZD KBMPa111 6 t s K MPa135 6 取以上兩者以上最小值裙座許用軸向應(yīng)力 MPa111 6 0 0 截面最大彎矩 0 0 max M N mm 8 4 65 10 0 0 截面操作質(zhì)量 0 0 0 m kg 24119 76 0 0 截面組合應(yīng)力 MPa 0 0 max0 61 35 sbsb Mm g ZA KB 檢查孔加強(qiáng)管長(zhǎng)度 m lmm 120 檢查孔加強(qiáng)管水平方向 的最大寬度 m bmm 450 檢查孔加強(qiáng)管厚度 m mm 6 裙座內(nèi)直徑 im D mm 1800 m A21440 mmm Al 1 1 截面處的裙座筒體的 截面積 sm A 2 mm 2 smimesmmesm ADbA 22200 m Z 22 2 22 imm mes m Db Zl 5 8 36 10 1 1 截面處的裙座筒體截 面系數(shù) sm Z 3 mm 2 42 es smimesmimm ZDb DZ 6 8 61 10 1 1 截面最大彎矩 1 1 max M N mm 8 4 65 10 1 1 截面處的風(fēng)彎矩 1 1 W M N mm 8 2 79 10 1 1 截面以上操作質(zhì)量 1 1 0 m kg 23746 83 1 1 截面以上最大質(zhì)量 1 1 max m kg 56780 14 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 53 頁(yè) 1 11 18 max0 6 4 65 1056780 14 9 81 79 10 8 61 1022200 smsm Mmg ZA KB 1 1 截面組合應(yīng)力 MPa 1 11 1 max 0 3 We smsm MMmg ZA 40 12 KB 5 11 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) 表 5 9 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) 計(jì)算內(nèi)容計(jì)算數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù) 裙座內(nèi)徑 is Dmm1800 裙座外徑 os Dmm 218002 41808 osises DD 基礎(chǔ)環(huán)外徑 ob Dmm20018003002100 obis DD 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑 ib Dmm30018003001500 ibis DD 基礎(chǔ)環(huán)伸出寬度 bmm 1 146 2 obos bDD 相鄰兩筋板最大外側(cè)間 距 lmm 暫取 160 基礎(chǔ)環(huán)面積 b A 2 mm 226 1 70 10 4 bobib ADD 基礎(chǔ)環(huán)截面系數(shù) b Z 3 mm 44 8 6 72 10 32 obib b ob DD Z D 最大質(zhì)量 max mkg57157 21 操作質(zhì)量 0 mkg24119 76 0 0 截面的風(fēng)彎矩 0 0 W M N mm 8 3 03 10 0 0 截面最大彎矩 0 0 max M N mm 8 4 65 10 偏心彎矩 e M N mm 7 7 85 10 基礎(chǔ)環(huán)材料的許用應(yīng)力 b MPa 140 b MPa 水壓試驗(yàn)時(shí)壓應(yīng)力 1b MPa 0 0 max0 1 2 04 b bb Mm g ZA 操作時(shí)壓應(yīng)力 2b MPa 0 0 max 2 0 3 W b bb Mmg ZA 3 28 取以上兩者中較大值混凝土基礎(chǔ)上的最大壓 力 maxb MPa3 28 b l 0 912b l 2 maxb b 2 max 69916 48 b b 2 maxb l 2 max 83968 b l 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 54 頁(yè) 對(duì) X 軸的彎矩 x M N mm mm 13919 54 x M 對(duì) Y 軸的彎矩 y M N mm mm 7322 01 y M 取以上兩者中大值 計(jì)算力矩 s M N mm mm 13919 54 有筋板時(shí)基礎(chǔ)環(huán)厚度 mm 經(jīng)圓整取 66 13919 54 24 42 140 s b b M 26 b 具體結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)根據(jù)地腳螺栓的設(shè)計(jì)選取 5 12 地腳螺栓計(jì)算 表 5 10 地腳螺栓計(jì)算 最小質(zhì)量 min mkg13103 08 操作質(zhì)量 0 mkg24119 76 0 0 截面的風(fēng)彎矩 0 0 W M N mm 8 3 03 10 底截面處地震彎矩 0 0 E M N mm 8 3 11 10 偏心彎矩 e M N mm 7 7 85 10 最大拉應(yīng)力 1B MPa 0 0 min 1 We B bb MMmg ZA 0 50 最大拉應(yīng)力 2B MPa 0 00 00 0 0 2 0 25 EWeV B bb MMMm gF ZA 0 805 取以上兩者中大值基礎(chǔ)環(huán)中螺栓承受的最 大拉應(yīng)力 B MPa 0 由于塔設(shè)備需要穩(wěn)定支撐可設(shè)置地腳螺 B 0 50 栓 地腳螺栓個(gè)數(shù)n36 地腳螺栓材料的許用應(yīng) 力 bt MPa 對(duì) 取235QA 147 bt MPa 地腳螺栓腐蝕裕量 2 C 地腳螺栓取 2 3Cmm 地腳螺栓螺紋小徑 1 d 6 12 44 1 19 9 6 10 363 2 3 14 36 147 Bb bt A dC n 故取地腳螺栓滿足要求1636M 5 13 校核結(jié)果 表 5 10 校核結(jié)果 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2012 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 第 55 頁(yè) 塔體