甲醇水分離塔設(shè)計(jì)論文14238

1、甲醇水分離塔設(shè)計(jì)摘要 篩板塔是傳質(zhì)過(guò)程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有： 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的60，為浮閥塔的80左右。 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加1015。 塔板效率高，比泡罩塔高15左右。 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30左右。雖然篩板塔有： 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 操作彈性較小(約23)。 小孔篩板容易堵塞等缺點(diǎn)。但它由于具有前述的一些優(yōu)點(diǎn)，因而在化工，石油，能源等行業(yè)的應(yīng)用中仍處于板式塔應(yīng)用的主導(dǎo)地位。本次論文以介質(zhì)的性質(zhì)、溫度和壓強(qiáng)，以及公稱直徑和當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境為設(shè)計(jì)條件，綜合考慮各方面的因素選定板式篩板塔，具體步驟主要包括殼體、封

2、頭壁厚的設(shè)計(jì)與較核，基礎(chǔ)環(huán)板，裙座等零部件的設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合所選定的材料和工作環(huán)境制定相應(yīng)的焊接工藝和制作、組裝和加工工藝。關(guān)鍵詞 篩板塔；塔盤(pán)；降液管 abstract the sieve-plate column is commonly used in mass transfer tower equipment, its main advantages: structural valve tower more than a simple, easy processing, and cost about 60% of bubble tower, tower float valve for ab

3、out 80% . processing capacity, than the diameter of the blister with tower 10 15% increase. tray efficiency higher than that blister tower about 15% higher. lower pressure drop per plate bubble tower pressure than about 30%. although the sieve-plate column are: tray installation require a higher deg

4、ree level, or gas-liquid contact with uneven. operating flexibility small (about 2 3). small plate, such as easy to plug the shortcomings. but it is because of some of the advantages mentioned above, which in the chemical, petroleum, energy and other industries are still in the application of the ap

5、plication tray column dominance. the thesis of the nature of media, temperature and pressure, as well as the nominal diameter for the design of the natural environment and local conditions, concrete steps to include the shell, head of design and wall thickness more nuclear, based on the central boar

6、d, and other parts of the skirt design, combined with selected materials and the working environment to develop the corresponding welding technology and production, assembly and processing technology. key words sieve-plate column; tray; downcomer目錄甲醇水分離塔設(shè)計(jì).i摘要i關(guān)鍵詞iabstractii目錄.iii第一章 概述.11.1板式精餾塔的簡(jiǎn)介

7、.11.2板式精餾技術(shù)及發(fā)展4第二章塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).52.1塔設(shè)計(jì)內(nèi)容52.1.1設(shè)計(jì)參數(shù)52.1.2塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖52.2主體材料強(qiáng)度指標(biāo)72.3筒體、封頭壁厚確定72.3.1筒體厚度計(jì)算72.3.2封頭厚度計(jì)算72.4塔體上各項(xiàng)載荷計(jì)算82.4.1塔質(zhì)量82.4.2風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計(jì)算92.4.3地震力及地震彎矩計(jì)算112.4.4最大彎矩132.5塔體的強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算142.5.1塔體2-2截面的各項(xiàng)軸向應(yīng)力計(jì)算142.5.2塔體2-2截面抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算142.6裙座的強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核152.6.1裙座底部0-0截面軸向應(yīng)力計(jì)算152.6.2裙座檢查孔1-1截面強(qiáng)度校核152.6.3

8、裙座焊縫強(qiáng)度校核162.7壓試驗(yàn)時(shí)塔的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算162.7.1水壓試驗(yàn)時(shí)塔體2-2截面的強(qiáng)度校核162.7.2水壓試驗(yàn)時(shí)裙座底部0-0截面的強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定性校核172.8基礎(chǔ)環(huán)板設(shè)計(jì)172.8.1基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)外徑的確定172.8.2混泥土強(qiáng)度校核172.8.3基礎(chǔ)環(huán)板厚度設(shè)計(jì)182.8.4地腳螺栓的設(shè)計(jì)192.8.5筋板的設(shè)計(jì)與計(jì)算202.8.6蓋板的設(shè)計(jì)和計(jì)算212.9開(kāi)孔及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)222.9.1工藝水進(jìn)口n03開(kāi)孔及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)222.9.2貧甲醇進(jìn)口n07開(kāi)孔及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)242.9.3工藝水出口n02開(kāi)孔及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)262.9.4人孔開(kāi)孔及其開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)282.10接管和法蘭的選用31第三章 甲

9、醇水分離塔輔助裝置以及附件323.1回流冷凝器323.1.1整體式323.1.2自流式323.1.3強(qiáng)制循環(huán)式333.2管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選型333.2.1流體流動(dòng)阻力（壓強(qiáng)降）的計(jì)算333.2.2管殼式換熱器的選型343.3再沸器353.4加熱蒸氣鼓泡管363.5離心泵的選擇37第四章 塔設(shè)備的制造、安裝.384.1制造要求384.2組裝要求384.3焊接及其特點(diǎn)394.4熱處理404.5大型塔設(shè)備的安裝40設(shè)計(jì)總結(jié).42致謝.44參考文獻(xiàn).45附錄i 主要符號(hào)說(shuō)明46第一章 概述1.1板式精餾塔的簡(jiǎn)介塔器在石油化工行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用。從原料的精制，中間產(chǎn)物的分離，到產(chǎn)品的提純和廢水、廢

10、氣的處理都有賴于化工分離技術(shù)和化工塔器。由于分離過(guò)程是耗能過(guò)程，設(shè)備數(shù)量多，規(guī)模大，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔。有板式塔與填料塔兩種主要類型。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。蒸氣由塔底進(jìn)入，與下降液進(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點(diǎn))組分不斷地向蒸氣中轉(zhuǎn)移，蒸氣中的難揮發(fā)(高沸點(diǎn))組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，蒸氣愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，達(dá)到組分分離的目的。由塔頂上升的蒸氣進(jìn)入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進(jìn)入精餾塔中，其余的部分則作為餾出

11、液取出。塔底流出的液體，其中的一部分送入再沸器，熱蒸發(fā)后，蒸氣返回塔中，另一部分液體作為釜?dú)堃喝〕觥庖簜髻|(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，本設(shè)計(jì)是板式塔，所以將只介紹板式塔板式塔是一類用于氣液或液液系統(tǒng)的分級(jí)接觸傳質(zhì)設(shè)備，由圓筒形塔體和按一定間距水平裝置在塔內(nèi)的若干塔板組成。廣泛應(yīng)用于精餾和吸收,有些類型（如篩板塔）也用于萃取，還可作為反應(yīng)器用于氣液相反應(yīng)過(guò)程。操作時(shí)（以氣液系統(tǒng)為例），液體在重力作用下,自上而下依次流過(guò)各層塔板,至塔底排出；氣體在壓力差推動(dòng)下，自下而上依次穿過(guò)各層塔板，至塔頂排出。每塊塔板上保持著一定深度的液層，氣體通過(guò)塔板分散到液

12、層中去，進(jìn)行相際接觸傳質(zhì)。 工業(yè)上最早出現(xiàn)的板式塔是篩板塔和泡罩塔。篩板塔出現(xiàn)于1830年，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被認(rèn)為難以操作而未得到重視。泡罩塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但容易操作，自1854年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)以后，很快得到推廣，直到20世紀(jì)50年代初，它始終處于主導(dǎo)地位。第二次世界大戰(zhàn)后，煉油和化學(xué)工業(yè)發(fā)展迅速，泡罩塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高的缺點(diǎn)日益突出，而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的篩板塔重新受到重視。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究和工業(yè)實(shí)踐，逐步掌握了篩板塔的操作規(guī)律和正確設(shè)計(jì)方法，還開(kāi)發(fā)了大孔徑篩板，解決了篩孔容易堵塞的問(wèn)題。因此，50年代起，篩板塔迅速發(fā)展成為工業(yè)上廣泛應(yīng)用的塔型。與此同時(shí)，還出現(xiàn)了浮閥塔，它操作容易，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，同樣得

13、到了廣泛應(yīng)用。而泡罩塔的應(yīng)用則日益減少，除特殊場(chǎng)合外，已不再新建。60年代以后,石油化工的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,大型塔的直徑已超過(guò)10m。為滿足設(shè)備大型化及有關(guān)分離操作所提出的各種要求，新型塔板不斷出現(xiàn)，已有數(shù)十種。 塔板又稱塔盤(pán)，是板式塔中氣液兩相接觸傳質(zhì)的部位，決定塔的操作性能，通常主要由以下三部分組成： 氣體通道為保證氣液兩相充分接觸，塔板上均勻地開(kāi)有一定數(shù)量的通道供氣體自下而上穿過(guò)板上的液層。氣體通道的形式很多，它對(duì)塔板性能有決定性影響，也是區(qū)別塔板類型的主要標(biāo)志。篩板塔塔板的氣體通道最簡(jiǎn)單，只是在塔板上均勻地開(kāi)設(shè)許多小孔（通稱篩孔）,氣體穿過(guò)篩孔上升并分散到液層中（圖2）。泡罩塔塔板的氣

14、體通道最復(fù)雜，它是在塔板上開(kāi)有若干較大的圓孔，孔上接有升氣管，升氣管上覆蓋分散氣體的泡罩（圖3）。浮閥塔塔板則直接在圓孔上蓋以可浮動(dòng)的閥片,根據(jù)氣體的流量,閥片自行調(diào)節(jié)開(kāi)度（圖4）。 溢流堰為保證氣液兩相在塔板上形成足夠的相際傳質(zhì)表面,塔板上須保持一定深度的液層，為此,在塔板的出口端設(shè)置溢流堰。塔板上液層高度在很大程度上由堰高決定。對(duì)于大型塔板，為保證液流均布，還在塔板的進(jìn)口端設(shè)置進(jìn)口堰。 降液管液體自上層塔板流至下層塔板的通道，也是氣（汽）體與液體分離的部位。為此，降液管中必須有足夠的空間，讓液體有所需的停留時(shí)間。此外，還有一類無(wú)溢流塔板，塔板上不設(shè)降液管，僅是塊均勻開(kāi)設(shè)篩孔或縫隙的圓形篩板

15、。操作時(shí)，板上液體隨機(jī)地經(jīng)某些篩孔流下，而氣體則穿過(guò)另一些篩孔上升。無(wú)溢流塔板雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，板面利用率高，但操作彈性太小，板效率較低，故應(yīng)用不廣。操作特性： 各種塔板只有在一定的氣液流量范圍內(nèi)操作，才能保證氣液兩相有效接觸，從而得到較好的傳質(zhì)效果?？捎盟遑?fù)荷性能圖(圖5)來(lái)表示塔板正常操作時(shí)氣液流量的范圍，圖中的幾條邊線所表示的氣液流量限度為：漏液線。氣體流量低于此限時(shí)，液體經(jīng)開(kāi)孔大量泄漏。過(guò)量霧沫夾帶線。氣體流量高于此限時(shí)，霧沫夾帶量超過(guò)允許值，會(huì)使板效率顯著下降。液流下限線。若液體流量過(guò)小，則溢流堰上的液層高度不足，會(huì)影響液流的均勻分布，致使板效率降低。液流上限線。液體流量太大

16、時(shí)，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間過(guò)短,液相夾帶的氣泡來(lái)不及分離,會(huì)造成氣相返混，板效率降低。液泛線。氣液流量超過(guò)此線時(shí)，引起降液管液泛，使塔的正常操作受到破壞。如果塔板的正常操作范圍大，對(duì)氣液負(fù)荷變化的適應(yīng)性好，就稱這些塔板的操作彈性大。浮閥塔和泡罩塔的操作彈性較大，篩板塔稍差。這三種塔型在正常范圍內(nèi)操作的板效率大致相同。 工業(yè)要求： 氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。 操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。 流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔

17、設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對(duì)于減壓精餾操作，過(guò)大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 塔內(nèi)的滯留量要小。 實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。 氣液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔為逐級(jí)接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿

18、流多孔板塔、舌形塔、浮動(dòng)舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀(jì)五十年代以后，隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如s型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動(dòng)噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。 篩板塔是傳質(zhì)過(guò)程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有： 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的60，為浮閥塔的80左右。 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加1015。 塔板效率高，比泡罩塔高15左右。 壓降較低

19、，每板壓力比泡罩塔約低30左右。 篩板塔的缺點(diǎn)是： 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 操作彈性較小(約23)。 小孔篩板容易堵塞。1.2板式精餾技術(shù)及發(fā)展在石油化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域,塔設(shè)備幾乎應(yīng)用于所有的裝置中,如原油常減壓裝置,以及化肥和乙烯裂解裝置等。塔器在各種分離過(guò)程中對(duì)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行、保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面起著重要作用。塔設(shè)備的類型較多,按照兩相接觸的基本構(gòu)件可分為2類:板式塔和填料塔。統(tǒng)計(jì)表明,石油化工企業(yè)塔設(shè)備中板式塔占92 %。板式塔屬逐級(jí)逆流接觸操作的單元設(shè)備,塔內(nèi)件是以塔板作為兩相接觸的基本構(gòu)件。塔板可以分為有降液管和無(wú)降液管的2種。在有降液管的塔板上,兩相流動(dòng)方向垂直,屬錯(cuò)

20、流型接觸;在無(wú)降液管的塔板上,兩相流動(dòng)方向互相平行,屬逆流型接觸。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,各種形式的高效塔板不斷地被開(kāi)發(fā)出來(lái)并應(yīng)用于石油化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域。第二章 塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1塔設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1.1設(shè)計(jì)參數(shù)操作壓力mpa 0.278介質(zhì) 水，甲醇設(shè)計(jì)壓力mpa 0.5/-0.1介質(zhì)特性易燃 中度危害操作溫度 99/141.38壓力容器類別 一類（d1）設(shè)計(jì)溫度 -10/170地震基本烈度 7（0.1g）設(shè)計(jì)風(fēng)壓n/ 400地震分組 第一組焊接接頭系數(shù) 0.85場(chǎng)土地類別 殼體材料 16mnr場(chǎng)地土粗糙類別 b裙座材料 組合件保溫層材料與厚度mm 巖棉/90腐蝕裕量mm 3水壓試驗(yàn)壓力mpa 0.625

21、2.1.2塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 2.2主體材料強(qiáng)度指標(biāo) 該設(shè)備屬于鋼制塔式容器，最高設(shè)計(jì)壓力0.5mpa，屬于低壓容器，全容積為33.4m3，其最高工作溫度為170，筒體和封頭選用16mnr材料，裙座選用q235b。對(duì)于16mnr，其在170時(shí)強(qiáng)度指標(biāo)為 t=170mpa。對(duì)于q235b其在170時(shí)強(qiáng)度指標(biāo)為 t=113mpa。2.3筒體、封頭壁厚確定2.3.1筒體厚度計(jì)算 按強(qiáng)度條件 = 按剛度要求 筒體所需最小厚度 故按剛度要求，筒體厚度只需。因?yàn)榇怂叨容^大，受到的風(fēng)載荷也較大，而塔內(nèi)徑不太大，故應(yīng)適當(dāng)增加壁厚，現(xiàn)選取塔體名義厚度2.3.2封頭厚度計(jì)算本封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，則 為了便于焊接，取

22、封頭厚度與筒體厚度相同，故封頭名義厚度，有效厚度。2.4塔體上各項(xiàng)載荷計(jì)算2.4.1塔質(zhì)量、殼體及裙座質(zhì)量 、人孔、法蘭、接孔等附件質(zhì)量、內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量、保溫層質(zhì)量 、扶梯、平臺(tái)質(zhì)量選用籠式扶梯，扶梯單位質(zhì)量為40kg/m。操作平臺(tái)每6米設(shè)置一層，共5層，每層質(zhì)量500kg。 、操作是塔內(nèi)物料質(zhì)量 、沖水質(zhì)量 、塔器的操作質(zhì)量 、塔器最大質(zhì)量 、塔器最小質(zhì)量 2.4.2風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計(jì)算已知當(dāng)?shù)仫L(fēng)壓，將此塔沿高度分成三段。風(fēng)載荷，式中 ； ；對(duì)于010m段：1020m段: 2030m段： 塔體有效直徑：扶梯附加寬度取 為了簡(jiǎn)化計(jì)算且偏安全計(jì)，各段均取。=1324+2100+400+600=2524

23、mm. 塔體各段風(fēng)力： 010m段：0.71.74001.00102.524=12014n， 1020m段：0.71.74001.25102.524=15018n， 2030m段：0.71.74001.42102.524=17060n。塔體底部離地面5米處（2-2截面）彎矩:= 式中 -塔底2-2截面到標(biāo)高10m處的距離，=10-5=5m=5000mm -對(duì)應(yīng)于段的風(fēng)力。 裙座檢查孔（離地面800mm）處（1-1截面）彎矩： 裙座底部（0-0截面）彎矩： 式中 2.4.3地震力及地震彎矩計(jì)算表1 場(chǎng)地土的特性周期：設(shè)計(jì)地震分組 場(chǎng)土地類型 第一組 0.25 0.35 0.45 0.65第二組

24、0.30 0.40 0.55 0.75第三組 0.35 0.45 0.65 0.90表2 地震影響系數(shù)的最大值：設(shè)防烈度 7 8 9 0.08 （0.12） 0.16 （0.24） 0.32注：括號(hào)中數(shù)值分別用于gb50011-2001中規(guī)定的設(shè)計(jì)基本加速度為0.15g和0.3g的地區(qū)所以，=0.08，=0.35， 塔基本振型的固有周期塔第二振型的固有周期塔第三振型的固有周期式中 e塔體材料在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量，查表知e=；m塔單位高度上的質(zhì)量，m=806.5kg/m； h塔高，m； i塔截面的形心軸慣性矩，=0.011ss所以， 式中 -衰減指數(shù)，-阻尼調(diào)整系數(shù)， 地震力計(jì)算： 式中 -對(duì)

25、應(yīng)于塔器基本固有周期的地震影響系數(shù)值； -第k段塔節(jié)的集中質(zhì)量離地面的距離，m； -第k段塔節(jié)的集中質(zhì)量，kg. 地震彎矩計(jì)算： 塔基本振型的地震彎矩為： 2.4.4最大彎矩 取其中較大值 故 取其中較大值 故 取其中較大值 故2.5塔體的強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算2.5.1塔體2-2截面的各項(xiàng)軸向應(yīng)力計(jì)算 2.5.2塔體2-2截面抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算 式中 ； 組合系數(shù)k=1.2. 塔體截面2-2滿足抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定條件。 塔體2-2截面抗拉強(qiáng)度校核： 故滿足抗拉強(qiáng)度條件。 上述各項(xiàng)校核表明，塔體厚度可以滿足整個(gè)塔體的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性要求。 2.6裙座的強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核裙座內(nèi)徑名義厚度厚度

26、附加量，則裙座有效厚度2.6.1裙座底部0-0截面軸向應(yīng)力計(jì)算： 操作時(shí)全塔質(zhì)量引起的壓應(yīng)力： 風(fēng)載荷引起的彎曲應(yīng)力： . 抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算： 式中 組合系數(shù) 裙座底部0-0截面滿足抗壓強(qiáng)度及向穩(wěn)定條件。 2.6.2裙座檢查孔1-1截面強(qiáng)度校核 裙座檢查孔1-1截面的軸向應(yīng)力計(jì)算. 壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算 式中 組合系數(shù) 因此裙座檢查孔處1-1截面滿足抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性條件。 2.6.3裙座焊縫強(qiáng)度校核 此塔裙座與塔體采用對(duì)接焊，焊縫承受的組合拉應(yīng)力為： 滿足裙座焊縫要求2.7壓試驗(yàn)時(shí)塔的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算2.7.1水壓試驗(yàn)時(shí)塔體2-2截面的強(qiáng)度校核 按式校核 式中 -直立進(jìn)行水壓試驗(yàn)

27、時(shí)的水壓試驗(yàn)壓力， -液體靜壓力，由于塔高為30m，扣除裙座高度5m，直立進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，塔內(nèi)實(shí)際液體高度為25m，故取。 故滿足水壓試驗(yàn)強(qiáng)度要求。2.7.2水壓試驗(yàn)時(shí)裙座底部0-0截面的強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定性校核 ，故水壓試驗(yàn)時(shí)裙座底部0-0截面滿足穩(wěn)定性要求。2.8基礎(chǔ)環(huán)板設(shè)計(jì)2.8.1基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)外徑的確定外徑 內(nèi)徑 2.8.2混泥土強(qiáng)度校核 正常操作時(shí)： 水壓試驗(yàn)時(shí)： 以上應(yīng)力均小于各種標(biāo)號(hào)混泥土的壓應(yīng)力許用值4mpa，滿足強(qiáng)度要求。 2.8.3基礎(chǔ)環(huán)板厚度設(shè)計(jì) 由于該塔較高，塔底裙座采用加筋結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)環(huán)板采用12均布的地腳螺栓固定，取筋板厚度為，則基礎(chǔ)環(huán)上筋板間的距離為： 取兩筋板內(nèi)側(cè)距離為

28、： 則相鄰兩筋板間最大外側(cè)距離為： 基礎(chǔ)環(huán)的外伸寬度： 兩筋板間基礎(chǔ)環(huán)部分的長(zhǎng)寬比: 基礎(chǔ)環(huán)面積 基礎(chǔ)環(huán)截面系數(shù) 查表 ， 基礎(chǔ)環(huán)板采用q235鋼，（根據(jù)jb/t4710-92中對(duì)于基礎(chǔ)環(huán)的許用應(yīng)力查得的數(shù)據(jù)）則其厚度為： 考慮腐蝕裕量，取再圓整至鋼板系列尺寸，故取基礎(chǔ)環(huán)板厚度。 2.8.4地腳螺栓的設(shè)計(jì) 塔設(shè)備作用在迎風(fēng)面?zhèn)然A(chǔ)上的最小應(yīng)力根據(jù) 故取 由于設(shè)備有可能傾倒，必須采用地腳螺栓予以固定。選用地腳螺栓的材料為16mnr,該材料的許用應(yīng)力為147mpa，取腐蝕裕量為3mm，則地腳螺栓的根徑 -基礎(chǔ)環(huán)面積， 地腳螺栓公稱直徑： 根徑/mm 20.75 26.21 31.67 37.12

29、42.58 50.04公稱直徑 m24 m30 m36 m42 m48 m56 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，選用m56的地腳螺栓12個(gè)。2.8.5筋板的設(shè)計(jì)與計(jì)算筋板的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示對(duì)應(yīng)與一個(gè)地腳螺栓的筋板的個(gè)數(shù)為：=2筋板的厚度筋板的寬度筋板的長(zhǎng)度一個(gè)地腳螺栓所承受的最大拉力為：筋板的細(xì)長(zhǎng)比為：（為臨界細(xì)長(zhǎng)比）因?yàn)?所以，筋板的臨界許用壓應(yīng)力： 筋板的壓應(yīng)力故所選用的筋板合格。2.8.6蓋板的設(shè)計(jì)和計(jì)算根據(jù)所給出的設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇整塊環(huán)形蓋板并且加上墊板。蓋板的寬度蓋板的間距墊板的寬度蓋板上的地腳螺栓孔的直徑墊板上的地腳螺栓孔的直徑蓋板的厚度墊板的厚度環(huán)形蓋板的最大應(yīng)力的計(jì)算如下： 因?yàn)?所以 選用

30、的蓋板和墊板合格。 2.9開(kāi)孔及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)gb 150，當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5mpa的殼體上開(kāi)孔，兩相鄰開(kāi)孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）大于兩開(kāi)孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于89mm時(shí)，只要接管最小厚度滿足表3要求，就可不另行補(bǔ)強(qiáng)。表3不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管最小厚度 mm接管公稱外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89最小厚度 3.5 4.0 5.0 6.02.9.1工藝水進(jìn)口n03開(kāi)孔及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別. 補(bǔ)強(qiáng)判別 因本開(kāi)孔外徑，故需另行補(bǔ)強(qiáng)。. 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別 開(kāi)孔直徑 本殼體開(kāi)孔直徑d=392mm滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故用

31、等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 殼體計(jì)算厚度考慮風(fēng)載荷對(duì)塔體的影響，取 強(qiáng)度削弱系數(shù) 接管有效厚度 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積為： 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效寬度b：取大值故。有效高度:外側(cè)有效高度：取小值故內(nèi)側(cè)有效高度：取小值故 有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 筒體多余金屬面積： 接管多余金屬面積：接管計(jì)算厚度 接管區(qū)焊縫面積（焊腳為10mm）： 有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 故需另行補(bǔ)強(qiáng)。 所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積： 擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。 補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì) 根據(jù)接管公稱直徑選補(bǔ)強(qiáng)圈，參照補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑內(nèi)徑因補(bǔ)強(qiáng)圈在有效范圍內(nèi)。 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為： 考慮鋼板負(fù)偏差量并經(jīng)圓整，取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度。 2.9.2貧甲醇進(jìn)口n07開(kāi)孔及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)

32、補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別 補(bǔ)強(qiáng)判別：因本開(kāi)孔外徑，故需另行考慮補(bǔ)強(qiáng)。 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別開(kāi)孔直徑 本凸形封頭開(kāi)孔直徑滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 封頭計(jì)算厚度 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效寬度：b 取大值故 有效高度：外側(cè)有效高度：取小值故 內(nèi)側(cè)有效高度： 取小值 故 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 筒體多余金屬面積： 接管多余金屬面積：接管計(jì)算厚度： . 接管區(qū)焊縫面積（焊腳取10mm）： . 有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 故需另行補(bǔ)強(qiáng) 所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積： 擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)。 補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì) 根據(jù)接管公稱直徑選補(bǔ)強(qiáng)圈，參照補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)，取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑，內(nèi)徑。因，補(bǔ)強(qiáng)圈在有效范

33、圍內(nèi)。補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為：經(jīng)圓整取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度，2.9.3工藝水出口n02開(kāi)孔及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別 補(bǔ)強(qiáng)判別：因本開(kāi)孔外徑，故需另行考慮補(bǔ)強(qiáng)。 補(bǔ)強(qiáng)方法判別：開(kāi)孔直徑：本凸形封頭開(kāi)孔直徑。滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 封頭計(jì)算厚度： 強(qiáng)度削弱系數(shù)： 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效寬度： 取大值故 有效高度：外側(cè)有效高度：取小值 故 內(nèi)側(cè)有效高度： 取小值 故 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 筒體多余金屬面積： 接管多余金屬面積： 接管計(jì)算厚度： 接管區(qū)焊縫面積（焊腳為10）： .有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 故需另行補(bǔ)強(qiáng)。 所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積： 擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。 補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)

34、根據(jù)接管公稱直徑選補(bǔ)強(qiáng)圈，參照補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑，內(nèi)徑。因，補(bǔ)強(qiáng)圈在有效范圍內(nèi)。 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為：經(jīng)圓整，取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為：2.9.4人孔開(kāi)孔及其開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別 補(bǔ)強(qiáng)判別：因本開(kāi)孔外徑，故需另行考慮補(bǔ)強(qiáng)。 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別開(kāi)孔直徑： 本筒體開(kāi)孔直徑滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：筒體計(jì)算厚度：強(qiáng)度削弱系數(shù)：接管有效厚度： 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積： 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效寬度：b 取大值故 有效高度：外側(cè)有效高度：取小值故 內(nèi)側(cè)有效高度： 取小值 故。 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 筒體多余金屬面積： 接管多余金屬面積：接管計(jì)算厚度： 接管區(qū)焊縫面積

35、（焊腳位10mm）： 有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 故需另行補(bǔ)強(qiáng)。 所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積： 擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。 補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)： 根據(jù)接管公稱直徑選補(bǔ)強(qiáng)圈，參照補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑。因。補(bǔ)強(qiáng)圈在有效范圍內(nèi)。 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為： 圓整取。 2.10接管和法蘭的選用 見(jiàn)管口表。 第三章 甲醇水分離塔輔助裝置以及附件精餾裝置的主要附屬設(shè)備包括蒸氣冷凝器、產(chǎn)品冷凝器、塔底再沸器、原料預(yù)熱器、直接蒸汽鼓管、物料輸送管及泵等。前四種設(shè)備本質(zhì)上屬換熱器，并多采用列管式換熱器，管線和泵屬輸送裝置。下面簡(jiǎn)要介紹。3.1回流冷凝器按冷凝器與塔的位置，可分為：整體式、自流式和強(qiáng)制循環(huán)式。3.1.1整體式如圖6-1(a)和(b)所示。將冷凝

36、器與精餾塔作成一體。這種布局的優(yōu)點(diǎn)是上升蒸汽壓降較小，蒸汽分布均勻，缺點(diǎn)是塔頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便維修，當(dāng)需用閥門(mén)、流量計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)，需較大位差，須增大塔頂板與冷凝器間距離，導(dǎo)致塔體過(guò)高。該型式常用于減壓精餾或傳熱面較小場(chǎng)合。 圖6-1 冷凝器的型式3.1.2自流式如圖6-1（c）所示。將冷凝器裝在塔頂附近的臺(tái)架上，靠改變臺(tái)架的高度來(lái)獲得回流和采出所需的位差。3.1.3強(qiáng)制循環(huán)式如圖6-1（d）、（e）所示。當(dāng)冷凝器換熱面過(guò)大時(shí)，裝在塔頂附近對(duì)造價(jià)和維修都是不利的，故將冷凝器裝在離塔頂較遠(yuǎn)的低處，用泵向塔提供回流液。需指出的是，在一般情況下，冷凝器采用臥式，因?yàn)榕P式的冷凝液膜較薄，故對(duì)流傳熱系數(shù)較大，

37、且臥式便于安裝和維修。3.2管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選型管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選型的核心是計(jì)算換熱器的傳熱面積，進(jìn)而確定換熱器的其它尺寸或選擇換熱器的型號(hào)。3.2.1流體流動(dòng)阻力（壓強(qiáng)降）的計(jì)算（1）管程流動(dòng)阻力 管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。對(duì)于多程換熱器，其阻力pi等于各程直管阻力、回彎阻力及進(jìn)、出口阻力之和。一般情況下進(jìn)、出口阻力可忽略不計(jì)，故管程總阻力的計(jì)算式為 式中p1、p2分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降，pa； ft結(jié)垢校正因數(shù)，對(duì)25mm2.5mm的管子取1.4；對(duì)19mm2mm的管子取1.5；np管程數(shù)；ns串聯(lián)的殼程數(shù)。上式中直管壓強(qiáng)降p1可按第一章中介紹的公式計(jì)算

38、；回彎管的壓強(qiáng)降p2由下面的經(jīng)驗(yàn)公式估算，即 （2）殼程流動(dòng)阻力 殼程流動(dòng)阻力的計(jì)算公式很多，在此介紹埃索法計(jì)算殼程壓強(qiáng)降p0的公式，即 (6-3)式中 p1流體橫過(guò)管束的壓強(qiáng)降，pa；p2流體通過(guò)折流板缺口的壓強(qiáng)降，pa；fs殼程壓強(qiáng)降的結(jié)垢校正因數(shù)；液體可取1.15，氣體可取1.0。 式中 f管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)，對(duì)正三角形排列f=0.5，對(duì)轉(zhuǎn)角三角形為0.4，正方形為0.3；f0殼程流體的摩擦系數(shù)；nc橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)；nc值可由下式估算：管子按正三角形排列： 管子按正方形排列： 式中 n換熱器總管數(shù)。nb折流擋板數(shù)；h折流擋板間距； u0按殼程流通截面積a0計(jì)算的流速，

39、m/s，而a0=h(d-ncd0)。3.2.2管殼式換熱器的選型(1)計(jì)算并初選設(shè)備規(guī)格a確定流體在換熱器中的流動(dòng)途徑b根據(jù)傳熱任務(wù)計(jì)算熱負(fù)荷q。c確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管換熱器的形式；計(jì)算定性溫度，并確定在定性溫度下的流體物性。d計(jì)算平均溫度差，并根據(jù)溫度差校正系數(shù)不應(yīng)小于0.8的原則，決定殼程數(shù)。e依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值范圍，或按生產(chǎn)實(shí)際情況，選擇總傳熱系數(shù)k值。f由總傳熱速率方程q = kstm，初步計(jì)算出傳熱面積s，并確定換熱器的基本尺寸（如d、l、n及管子在管板上的排列等），或按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇設(shè)備規(guī)格。（2）計(jì)算管程、殼程壓強(qiáng)降 根據(jù)初定的設(shè)備規(guī)格，計(jì)算管程、殼程流體的流速

40、和壓強(qiáng)降。檢查計(jì)算結(jié)果是否合理或滿足工藝要求。若壓降不符合要求，要調(diào)整流速，在確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計(jì)算壓強(qiáng)降直至滿足要求為止。（3）核算總傳熱系數(shù)計(jì)算管程、殼程對(duì)流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻rsi和rso，在計(jì)算總傳熱系數(shù)k，比較k的初設(shè)值和計(jì)算值，若k /k=1.151.25，則初選的換熱器合適。否則需另設(shè)k值，重復(fù)以上計(jì)算步驟。3.3再沸器精餾塔底的再沸器可分為：釜式再沸器、熱虹吸式再沸器及強(qiáng)制循環(huán)再沸器。（1）釜式式再沸器如圖6-2（a）和（b）所示。（a）是臥式再沸器，殼方為釜液沸騰，管內(nèi)可以加熱蒸汽。塔底液體進(jìn)入底液池中，再進(jìn)入再沸器的管際空間被加熱而部分

41、汽化。蒸汽引到塔底最下一塊塔板的下面，部分液體則通過(guò)再沸器內(nèi)的垂直擋板，作為塔底產(chǎn)物被引出。液體的采出口與垂直塔板之間的空間至少停留810分鐘，以分離液體中的氣泡。為減少霧沫夾帶，再沸器上方應(yīng)有一分離空間，對(duì)于小設(shè)備，管束上方至少有300mm高的分離空間，對(duì)于大設(shè)備，取再沸器殼徑為管束直徑的1.31.6倍。（b）是夾套式再沸器，液面上方必須留有蒸發(fā)空間，一般液面維持在容積的70%左右。夾套式再沸器，常用于傳熱面較小或間歇精餾中。（2）熱虹吸式再沸器如圖6-2（c）、（d）、（e）所示。它是依靠釜內(nèi)部分汽化所產(chǎn)生的汽、液混合物其密度小于塔底液體密度，由密度差產(chǎn)生靜壓差使液體自動(dòng)從塔底流入再沸器，因此該種再沸器又稱自然循環(huán)再沸器。這種型式再沸器汽化率不大于40%，否則傳熱不良。（3）強(qiáng)制循環(huán)再沸器如圖6-2中（f）所示。對(duì)于高粘度液體和熱敏性氣體，宜用泵強(qiáng)制循環(huán)式再沸器，因流速大、停留時(shí)間短，便于控制和調(diào)節(jié)液體循環(huán)量。原料預(yù)熱器和產(chǎn)品冷卻器的型式不象塔頂冷凝器和塔底再沸器的制約條件那樣多，可按傳熱原