自控工程課程設(shè)計初溜塔設(shè)計

1、自控工程課程設(shè)計目 錄第1章 設(shè)計概述及設(shè)計背景11.1 設(shè)計概述11.2 設(shè)計背景1第2章 主要結(jié)構(gòu)及基本組成22.1 主要結(jié)構(gòu)22.2 基本組成2第3章 初溜塔構(gòu)造的設(shè)計33.1 塔高確定33.2 塔盤選型與設(shè)計43.3 主圖4第4章 材料選擇和厚度計算54.1 材料的選擇54.2 厚度計算5第5章 心得與體會6參考文獻7附 錄8第1章 設(shè)計概述及設(shè)計背景1.1 設(shè)計概述塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油、醫(yī)藥、環(huán)境保護等工業(yè)部門的一種重要的單元操作設(shè)備。它的作用是實現(xiàn)氣（汽）液相或液液相之間的充分接觸，從而達到相際間進行傳質(zhì)及傳熱的目的?？稍谒O(shè)備中完成的常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃

2、取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。塔設(shè)備應(yīng)用面廣、量大。據(jù)統(tǒng)計，塔設(shè)備無論其投資費用還是所消耗的鋼材重量，在整個過程設(shè)備中所占的比例都相當(dāng)高。其性能對于整個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護等各個方面，都有重大的影響。因此，隨著石油、化工行業(yè)的迅速發(fā)展，塔設(shè)備的設(shè)計和研究越來越受到關(guān)注和重視。為了使塔設(shè)備能更有效、更經(jīng)濟地運行，除了要求它滿足特定的工藝條件外，還應(yīng)滿足以下要求：氣液兩相充分接觸，相際間傳熱面積大；生產(chǎn)能力大，即氣液處理量大；操作穩(wěn)定，操作彈性大；阻力??；結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝、維修方便，

3、設(shè)備的投資及操作費用低；耐腐蝕，不易堵塞。塔設(shè)備的分類：1.按操作壓力分有加壓塔、常壓塔及減壓塔；2.按單元操作分有精餾塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反應(yīng)塔、干燥塔等；3.按內(nèi)件結(jié)構(gòu)分有填料塔、板式塔。1.2 設(shè)計背景本次設(shè)計的常壓裝置初餾塔是煉油廠生產(chǎn)裝置中的初期設(shè)備。原油的蒸餾方式主要有一段汽化、二段汽化和三段汽化蒸餾工藝流程。我國石化行業(yè)主要采用后兩種方式。其中，初餾塔是三段汽化蒸餾工藝流程（預(yù)汽化常壓蒸餾減壓蒸餾）中的“預(yù)汽化”設(shè)備。在煉油工藝中，原油在蒸餾前必須進行嚴格的脫鹽、脫水，脫鹽后原油換熱到230240進初餾塔（又稱預(yù)汽化塔），塔頂出輕汽油餾分或重整原料。塔底為拔頭原油經(jīng)常壓爐

4、加熱至360370進入常壓分餾塔，塔頂出汽油。從原油的處理過程來看，上述常減壓蒸餾裝置分為原油初餾（預(yù)汽化）、常壓蒸餾和減壓蒸餾三部分，油料在每一部分都經(jīng)歷一次加熱汽化冷凝過程，故稱之為“三段汽化”。第2章 主要結(jié)構(gòu)及基本組成2.1 主要結(jié)構(gòu)在塔設(shè)備的類別中，由于目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的是填料塔及板式塔，所以主要考慮這兩種類別。考慮到設(shè)計條件，在初餾塔中介質(zhì)原油的分離程度要求不高，成分復(fù)雜，而且板式塔較填料塔而言其效率更高，更穩(wěn)定，液氣比適用范圍大，持液量較大，安裝、檢修更容易，造價更低，故選用板式塔更為合理。 板式塔是一種逐級（板）接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備。塔內(nèi)以塔板作為基本構(gòu)件，氣體自塔底向上以鼓

5、泡或噴射的形式穿過塔板上的液層，使氣液相密切接觸而進行傳質(zhì)與傳熱，兩相的組分濃度呈階梯式變化。塔盤采用浮閥型式。因為浮閥塔在石油、化工、等工業(yè)部門應(yīng)用最為廣泛，具有優(yōu)異的綜合性能，在設(shè)計和選用時常作為首選的板式塔型式。板式初餾塔的總體結(jié)構(gòu)見裝配草圖。由圖可見，板式塔除了各種內(nèi)件之外，主要由塔體、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平臺組成。2.2 基本組成a.塔體塔體即塔設(shè)備的外殼，常見的塔體由等直徑、等厚度的圓筒及上下封頭組成。對于大型塔設(shè)備，為了節(jié)省材料也有采用不等直徑、不等厚度的塔體。塔設(shè)備通常安裝在室外，因而塔體除了承受一定的操作壓力（內(nèi)壓或外壓）、溫度外，還要考慮風(fēng)載、地

6、震載荷、偏心載荷。此外還要滿足在試壓、運輸及吊裝時的強度、剛度及穩(wěn)定性要求。本設(shè)計中初餾塔為常壓0.1mpa，采用等直徑等厚度型式。b.支座塔體支座是塔體與基礎(chǔ)的連接結(jié)構(gòu)。因為該塔設(shè)備較高、重量較大，為保證其足夠的強度及剛度，故采用裙式支座。c.人孔及手孔為安裝、檢修、檢查等需要，本初餾塔體上設(shè)有人孔。d.接管用于連接工藝管線，使塔設(shè)備與其他相關(guān)設(shè)備相連接。本初餾塔的主要接管見草圖。第3章 初溜塔構(gòu)造的設(shè)計3.1 塔高確定（1）塔的頂部空間高度塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭切線的距離。為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間高度取ha=1500mm。（2）塔的底部空間高度塔的

7、底部空間高度是塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線處的距離。當(dāng)進料系統(tǒng)有15分鐘的緩沖時間容量時，釜液的停留時間可取35分鐘，否則須取15分鐘。根據(jù)塔徑2500mm，可取塔底部空間高度7535mm。（3）塔的主體高度塔體內(nèi)部共設(shè)有19層塔板，其中包括精餾段15層，提餾段4層。塔盤之間的間距應(yīng)主要考慮的因素有：霧沫夾帶、物料的起泡性、操作彈性、安裝和維修的要求。此外，塔板間距與液泛密切相關(guān)，塔板間距越大，越不易發(fā)生液泛。綜合考慮以上因素，結(jié)合塔板間距標(biāo)準系列，可取塔板間距為600mm。為了檢修和安裝的方便，每5塊塔板之間設(shè)有一個人孔，此處的兩塔板間距取800mm。進油口處空間高度取3450mm。主體

8、高度：4600+800+4600+800+4600+3450+4600=14650mm（4） 橢圓形封頭根據(jù)jb/t4736-2002 ，選用eha250010q235b型號封頭。如圖2-1。圖3-1橢圓形封頭表3-1橢圓形封頭主要參數(shù)公稱直徑dn /mm總深度h/mm內(nèi)表面積a/mm2容積v/ mm3直邊高度h/mm質(zhì)量m/kg25006657.08912.241740543.7（6）塔的總高度h=1500+7535+14650+665+2500=26850mm3.2 塔盤選型與設(shè)計選用的浮閥塔盤，這類塔盤的塔盤板開有閥孔，安裝了能在適當(dāng)范圍內(nèi)上下浮動的閥片，其形狀有圓形、條形、方形等。由于

9、浮閥與塔盤板之間的流通面積能隨氣體負荷的變動而自動調(diào)節(jié)，因而在較寬的氣體負荷范圍內(nèi)，均能保持穩(wěn)定操作。氣體在塔盤板上以水平方向催促，氣液接觸時間長，霧沫夾帶量少，液面落差也小。浮閥具有生產(chǎn)能力大，操作彈性大，效率高，塔板結(jié)構(gòu)及安裝較泡罩簡單因而重量輕，制造費用底的優(yōu)點。浮閥是浮閥塔的氣液傳質(zhì)元件。目前國內(nèi)應(yīng)用最為普遍的是f1型浮閥。f1型浮閥分為輕閥和重閥兩種，輕閥采用1.5mm薄板沖壓而成，質(zhì)量約為25kg；重閥采用2mm薄板沖壓，質(zhì)量約為33g。由于輕閥漏液較大，除真空操作時選用外，一般用重閥。浮閥的閥片及閥腿是整體沖壓的，閥片的周圍還沖有三個下彎的小定距片。在浮閥關(guān)閉閥孔時，它能使浮閥與

10、塔板間保留一小的間隙，一般約為2.5mm，同時，小定距片還能保證閥片停在塔板上與其他點接觸，避免閥片粘在塔板上而無法上浮。閥片四周向下傾斜，且有銳邊，增加了氣體進入液層的湍動作用，有利于氣液傳質(zhì)。浮閥的最大開度有閥腿的高度決定，一般為12.5mm。3.3 主圖主要過程流程圖由附錄給出。第4章 材料選擇和厚度計算4.1 材料的選擇4.1.1 筒體和封頭材料的選擇在剛度或結(jié)構(gòu)設(shè)計為主的場合，應(yīng)盡量選用普通碳素鋼。在以強度設(shè)計為主的場合，應(yīng)根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)等使用限制，選用q235系列的碳素鋼。這類鋼強度較低，塑性和可焊接性較好。由于容器設(shè)計壓力為0.10mpa，即小于1.6mpa，鋼板使用溫度為

11、320，在0-350范圍內(nèi)，故筒體和封頭都選用q235-b的鋼板。由于橢圓形封頭吸取了半球形封頭受力好和蝶形封頭受力淺的優(yōu)點，且橢圓部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，應(yīng)力分布比較均勻，所以選擇橢圓形封頭。4.1.2裙座材料的選擇裙座不直接與塔內(nèi)介質(zhì)接觸，也不承受塔內(nèi)介質(zhì)的壓力，因此不受壓力容器用材的限制?？蛇x用較經(jīng)濟的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。故也選用q235-b。4.1.3 接管的材料選用q235-b作為補強圈的材料，部分接管用20，法蘭選用20。具體將在裝配圖上注明。4.2 厚度計算安裝在室外的大型塔設(shè)備常壓裝置初餾塔，除受操作壓力作用外，還受設(shè)備自身質(zhì)量引起的重力，地震、風(fēng)載荷等的作用，而引起的軸向應(yīng)力。

12、從而可能使軸向組合應(yīng)力，大于設(shè)計壓力而引起的環(huán)向應(yīng)力，而使設(shè)備因軸向應(yīng)力過大而破壞。因此我國jbt47102005鋼制塔式容器規(guī)定對高度大于10m，且高度與直徑之比大于5的裙座自支承塔式容器，按設(shè)計壓力計算確定塔殼的圓筒和封頭的有效厚度后，再根據(jù)地震、風(fēng)載荷的需要，并考慮制造、運輸、安裝的要求，設(shè)定一個不得小于按壓力計算的圓筒有效厚度es，且es應(yīng)不小于6mm。然后進行載荷計算，圓筒應(yīng)力校核和裙座計算，校核設(shè)定的e、es是否合適，以確保塔式設(shè)備的環(huán)向、軸向強度和穩(wěn)定性。第5章 心得與體會經(jīng)過這段時間的設(shè)計學(xué)習(xí)，我覺得對于設(shè)計的基本流程以及相關(guān)的工作過程已經(jīng)有了更多的掌握。本次課程設(shè)計是建立在以

13、前幾次設(shè)計的基礎(chǔ)上進行的，不同之處就是畢業(yè)設(shè)計涉及的問題更加全面更加深入，要求也更高。雖然期間碰到過許多的問題和困難，但是通過查閱相關(guān)的資料以及老師和同學(xué)對我的幫助，最后通過努力終于完成了任務(wù)。因此有一定的收獲。譬如經(jīng)過煩瑣的查表，懂得了查表對于工科學(xué)生是必須掌握的能力，要“會用表” ；而遵守標(biāo)準和規(guī)范是設(shè)計的基本原則。同時設(shè)計要結(jié)合具體實際情況，考慮生產(chǎn)的經(jīng)濟性，合理性等，選擇最佳方案，這樣才能完成一次成功的設(shè)計工作。 塔的設(shè)計有其特殊性，需要考慮制造、安裝吊運、檢修。對其強度、穩(wěn)定性必須要有足夠的保證，以滿足塔設(shè)備工作時承受風(fēng)載荷、地震載荷、偏心載荷以及雪載荷的要求。設(shè)計的思想第一是保證安全，其次是環(huán)境保護，能源利用，工作效率和經(jīng)濟性等。設(shè)計是有嚴格遵循的步驟和方法。根據(jù)一定的條件和要求，確定設(shè)計的方向，包括選材，機械設(shè)計，強度和穩(wěn)定性設(shè)計分析，開孔補強，制造工藝等。設(shè)計過程十分繁瑣，需要很耐心地去做。必須以嚴謹?shù)膽B(tài)度來進行設(shè)計，保證全面、正確、優(yōu)化。在做此工作的時候