年處理乙醇水混合液10萬噸的浮閥精餾裝置設(shè)計

1、摘 要乙醇的生產(chǎn)方法有兩種：發(fā)酵法和合成法。乙醇-水是工業(yè)上最常見的溶劑，也是非常重要的化工原料之一。乙醇作為環(huán)保燃料成為近年來的研究熱點。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，研究和改進乙醇-水體系的精餾設(shè)備是非常必要的。本文基于精餾的原理，查閱乙醇-水體系的相關(guān)物性參數(shù)，設(shè)計了年處理乙醇-水混合液10萬噸的浮閥精餾裝置。這一設(shè)計的主要內(nèi)容有:物料衡算，熱量衡算，塔體工藝設(shè)計，塔板工藝設(shè)計，以及部分機械設(shè)計。關(guān)鍵詞：乙醇-水；精餾塔設(shè)計；機械設(shè)計abstractthere are two methods of ethanol production: ferme

2、ntation and synthesis. ethanol-water is the most common solvent in the industry, is one of the very important chemical raw materials. ethanol as a green fuel research in recent years. but because of the ethanol-water azeotrope, ordinary distillation of hard to get pure ethanol. therefore, study and

3、improvement of ethanol-water system of distillation equipment is necessary.this article is based on the principle of rectification of, access to related properties of ethanol-water system, designed a year 100,000 tonnes of a mixture of ethanol-water float valve distillation unit. the key features of

4、 the design are: material balance, heat balance, process design, process design of trays, as well as some mechanical design.key words: ethanol-water ；distillation tower design; mechanical design目錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1概述11.2工藝流程3第2章 設(shè)計任務(wù)書62.1設(shè)計題目及原始條件6第3章 塔板的工藝設(shè)計73.1精餾塔全塔物料衡算73.2計算溫度、密度、表面張力 、粘度、相

5、對揮發(fā)度73.3理論塔板的計算143.4塔徑的初步設(shè)計153.5溢流裝置163.6塔板布置及浮閥數(shù)目與排列17第4章 塔板的流體力學(xué)計算214.1 氣相通過浮閥塔板的壓降214.2 淹塔214.3 霧沫夾帶驗算224.4 塔板負荷性能圖23第5章 塔附件設(shè)計285.1接管285.2封頭295.3 除沫器295.4裙座305.5 吊柱305.6 人孔30第6章 塔總體高度的設(shè)計316.1塔的頂部空間高度316.2塔的底部空間高度316.3塔立體高度31第7章 塔設(shè)備的機械設(shè)計327.1設(shè)計條件327.2按計算壓力計算塔體和封頭厚度327.3塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算327.4風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計算357.5

6、地震彎矩計算377.6各種載荷引起的軸向應(yīng)力387.7塔體和裙座危險截面的強度與穩(wěn)定校核407.8塔體水壓試驗和吊裝時的應(yīng)力校核427.9基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計437.10地腳螺栓計算44結(jié)論46致 謝47參考文獻48附錄49第1章 緒論1.1概述乙醇俗稱酒精,系醇類代表,是一種無色透明易揮發(fā)和易燃的液體。其分子式c2h6o,結(jié)構(gòu)式ch3-ch2-oh,分子量46。歷史上，關(guān)于蒸餾乙醇的最早描述者是mappaeclavicula他在自己的記述中談到了乙醇可以用作燃料和溶劑的情況。15世紀以前,乙醇僅作為飲料和藥劑，并非大量生產(chǎn)的化學(xué)品。18世紀末,才首次有關(guān)于無水乙醇生產(chǎn)方法的報道，但真正的工業(yè)化乙醇生產(chǎn)

7、是在19世紀末開始發(fā)展起來的,到第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇達到了高峰。發(fā)酵法是經(jīng)典的乙醇生產(chǎn)方法。在一個相當長的時期里,它是許多國家乙醇的主要來源。目前在一些農(nóng)副產(chǎn)品資源豐富的國家,發(fā)酵法仍然是生產(chǎn)乙醇的主要方法。但是發(fā)酵法受到原料來源和成本的限制，因此合成法逐漸興起，自1923年起美國和前蘇聯(lián)同時開始了直接水合法的研究。1945年,美國殼牌化學(xué)公司把磷酸吸附在顆粒狀硅藻土上,制備成固體催化劑,解決了直接水合法自1923年有報道以來一直沒有實用價值催化劑的問題。并在1948年建成年產(chǎn)60kt的乙醇工廠。50年代末,原聯(lián)邦德國維巴化學(xué)公司(veba-chemie)在殼牌法基礎(chǔ)上改進了催化劑

8、,發(fā)展為維巴公司自己的直接水合法技術(shù)。到60年代,美國的伊斯特曼-柯達(eastmankodak)公司,在水合工藝方面進行了改進,發(fā)展成為伊斯特曼-柯達公司的直接水合法技術(shù),并在1972年建成一套年產(chǎn)200kt規(guī)模的合成乙醇生產(chǎn)工廠。60年代后期,蘇聯(lián)也廣泛開展了直接水合法工藝的研究,對水合催化劑進行了改進和提高,最后確定為磷酸-硅藻土催化劑。1970年,蘇聯(lián)直接水合法制取乙醇的產(chǎn)量就已達600kt左右,占其乙醇總產(chǎn)量的55%左右。直接水合法制乙醇自40年代末期工業(yè)化以來,經(jīng)過不斷發(fā)展,目前已成為世界合成乙醇的主要方法。我國的乙醇工業(yè)是上世紀50年代發(fā)展起來的。我國于1958年從前蘇聯(lián)引入年產(chǎn)

9、20kt的間法生產(chǎn)技術(shù),1962年我國開展了直接水合法的研究工作,到70年代建立起年產(chǎn)3kt和50kt的生產(chǎn)裝置。合成乙醇工業(yè)是在80年代開始投入大規(guī)模的生產(chǎn),如吉化公司的乙烯合成乙醇年產(chǎn)能力已達120kt。1949年我國乙醇年產(chǎn)量只有10kt,而到1987年,總產(chǎn)量超過1000kt,近幾年的發(fā)展更是迅速,1994年我國的乙醇產(chǎn)量已突破2 000kt的大關(guān) 。乙醇廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟的許多部門,它是許多化工產(chǎn)品不可缺少的基礎(chǔ)原料和溶劑,利用乙醇可以合成橡膠、聚氯議席、聚苯乙烯、乙二醇、冰醋酸、苯胺、乙醚、酯類、環(huán)氧乙烷等；它也是生產(chǎn)油漆和化妝品不可缺少的原料。在醫(yī)藥工業(yè)和醫(yī)療事業(yè)中,乙醇用來配

10、制提取醫(yī)藥制劑和作為消毒劑；染料工業(yè),國防工業(yè)等其他工業(yè)部門也大量使用乙醇；在食品工業(yè)中,乙醇是配制各類白酒、果酒、葡萄酒、藥酒和生產(chǎn)食用醋酸及食用香精的主要原料。隨著能源短缺情況的日益嚴重，代用燃料得到廣泛重視，乙醇作為一種可能的潛在能源而身價百倍。在汽油中添加5%20%無水乙醇而成的汽油醇應(yīng)運而生。另外，乙醇還可以作為抗爆劑添加到汽油中代替四乙基鉛。長期以來，乙醇多以蒸餾法生產(chǎn)，但是由于乙醇-水體系有共沸現(xiàn)象，普通的精餾對于得到高純度的乙醇來說產(chǎn)量不好。但是由于常用的多為其水溶液，因此，研究和改進乙醇-水體系的精餾設(shè)備是非常必要的。精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石

11、油化工等工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量計的驅(qū)動下，使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，從而實現(xiàn)原料混合物中各組成分離。該過程是同時進行傳質(zhì)傳熱的過程。蒸餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。這一過程是借助板式塔設(shè)備實現(xiàn)的。 塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣（或汽）液或液液兩相之間進行緊密接觸，達到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。可在塔設(shè)備中完成的常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。塔設(shè)備經(jīng)過長期發(fā)展，形成了形式繁多的結(jié)構(gòu)，但是長期以來，最常用的分類是按塔的內(nèi)

12、件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔兩大類。在板式塔中，塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤，氣體以鼓泡或噴射的形式穿過塔盤上的液層使兩相密切接觸，進行傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。目前，我國常用的板式塔型仍為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和舌形塔等，加強了對篩板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮動噴射塔等新塔型。對多降液管塔盤、導(dǎo)向篩板、網(wǎng)孔塔盤等也都做了較多的研究，并推廣應(yīng)用于生產(chǎn)。其他如大孔徑篩板、雙孔徑篩板、穿流式可調(diào)開孔率篩板、浮閥-篩板復(fù)合塔盤等多種塔型的試驗工作也在進行，有些已取得了一定的成果并用于生產(chǎn)。乙醇-水是工業(yè)上最常見的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，是無色、無毒、無致癌性、污染性和腐蝕性小的液體

13、混合物。因其良好的理化性能，而被廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。近些年來，由于燃料價格的上漲，乙醇燃料越來越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢，且已在鄭州、濟南等地的公交、出租車行業(yè)內(nèi)被采用。山東業(yè)已推出了推廣燃料乙醇的法規(guī)。多年來，蒸餾工藝被認為是最經(jīng)濟的工業(yè)化回收乙醇的方法，但是隨著能源短缺情況日益嚴重，研究節(jié)能型蒸餾工藝和非蒸餾回收乙醇工藝已成為乙醇工業(yè)研究的重要課題。1.2工藝流程乙醇的生產(chǎn)方法有兩種：發(fā)酵法和合成法，本設(shè)計采用直接合成法制乙醇。反應(yīng)方程式：主反應(yīng)：c2h4+ h2oc2h5oh 副反應(yīng)：c2h5 oh + c2h5 ohc2h5oc2h5+h2o c2h5ohc2h4o+h2合

14、成法生產(chǎn)乙醇的工藝流程圖見圖1，裝置圖見圖2：圖1合成法生產(chǎn)乙醇的工藝流程圖含乙烯99 %的原料氣經(jīng)原料氣壓縮機壓到7.0mpa，與循環(huán)壓縮機出口的循環(huán)氣匯合。乙烯氣經(jīng)換熱后與高壓蒸汽混合加熱，合成氣終溫達到290進水合器，大約有7%的乙烯反應(yīng)，物料溫升大約20。反應(yīng)后的氣體經(jīng)過一系列換熱器換熱冷卻，溫度降到50左右進入分離系統(tǒng)。圖2合成法生產(chǎn)乙醇的裝置圖設(shè)計的分離系統(tǒng)大致分為三個部分：反應(yīng)產(chǎn)物預(yù)處理、粗醇精餾、乙醇精制。反應(yīng)產(chǎn)物預(yù)處理：由于乙烯的轉(zhuǎn)化率很低，反應(yīng)后的物料大部分是未反應(yīng)的乙烯氣體和水，因此我們選用一個高壓分離器把不凝氣和水、乙醇等產(chǎn)物分開，高壓分離器的壓力為6.5-7.0mpa

15、。從高壓分離器頂部流出的氣體再送入一個醇洗塔，把隨氣體排出的乙醇用水吸收。從醇洗塔出來的氣體做循環(huán)氣和進料氣混合再參加反應(yīng)。部分循環(huán)氣排出用水吸收。從醇洗塔出來的氣體做循環(huán)氣和進料氣混合再參加反應(yīng)。部分循環(huán)氣排出系統(tǒng)以防止惰性氣體積累，從高壓分離器合醇洗塔底部流出的液相進入下一級粗醇精餾。經(jīng)過預(yù)處理后的粗醇組成主要是水、乙醇、乙醚、乙醛、其它雜質(zhì)如正丁醇和辛烯、乙烯和其它氣體。由于乙醚和乙醛是輕組分，因此先在乙醚塔中分離它們。再經(jīng)過粗醇濃縮塔，使乙醇含量到達一定的濃度。然后對于難于精餾除去的羰基化合物在催化劑存在下處理后，進入萃取精餾塔處理，萃取劑為水。將多級萃取精餾脫雜質(zhì)的乙醇液再進行精餾，

16、得到符合市場要求乙醇。圖3 板式精餾塔的工藝流程簡圖如圖3所示。原料液由高位槽經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱后進入精餾塔內(nèi)。操作時連續(xù)地從再沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜殘液），再沸器中原料液部分汽化，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后進入貯槽再經(jīng)過冷卻器冷卻。部分冷凝液借助重力作用送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)過冷凝器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。為了使精餾塔連續(xù)的穩(wěn)定的進行，流程中還要考慮設(shè)置原料槽、產(chǎn)品槽和相應(yīng)的泵,有時還要設(shè)置高位槽，且在適當位置設(shè)置必要的儀表（流量計、溫度計和壓力表），以測量物流的各項參數(shù)。第2章 設(shè)計任務(wù)書2.1設(shè)計題目及原始條件分離乙醇-水

17、混合液的浮閥精餾塔設(shè)計 生產(chǎn)能力：年處理乙醇-水混合液10萬噸（開工率300天/年） 原料：乙醇含量為35%（質(zhì)量百分比，下同）的常溫液體 分離要求：塔頂乙醇含量不低于94%塔底乙醇含量不高于0.2%第3章 塔板的工藝設(shè)計3.1精餾塔全塔物料衡算f：原料液流量（kmol/s） xf：原料組成（摩爾分數(shù)，下同） d：塔頂產(chǎn)品流量（kmol/s） xd：塔頂組成w：塔底殘液流量（kmol/s） xw：塔底組成 原料乙醇組成： 塔頂組成： 塔底組成：進料量：物料衡算式：f = d + wf xd= d xd+ w xw聯(lián)立代入求解：d = 0.034 kmol/s， w = 0.1346 kmol/

18、s3.2計算溫度、密度、表面張力 、粘度、相對揮發(fā)度表3-1 乙醇-水氣液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系溫度/液相 氣相 溫度/液相 氣相 溫度/液相 氣相 1000082.723.3754.4579.357.3268.4195.51.9017.0082.326.0855.8078.7467.6373.8589.07.2138.9181.532.7359.2678.4174.7278.1586.79.6643.7580.739.6561.2278.1589.4389.4385.312.3847.0479.850.7965.6484.116.6150.8979.751.9865.991、溫度 利用表

19、中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得tf、td、tw（4）精餾段平均溫度： （5）提餾段平均溫度： 2.密度 (1) 精餾段：液相組成：， 36.41%氣相組成：， 60.30%所以 (2) 提餾段： 液相組成：， 4.86% 氣相組成：， 29.2% 所以 表3-2 不同溫度下乙醇和水的密度 溫度/乙 水 溫度/乙 水 80735971.895720961.8585730968.6100716958.490724965.3求得在與下的乙醇和水的密度 ， 乙=733.925kg/m3 , 水=971.11kg/m3同理：， 乙=722.5 kg/m3 ， 水=964.0 kg/m3在精餾段：液相密度：k

20、g/m3氣相密度：在提餾段：液相密度：kg/m3氣相密度： 二元有機物-水溶液表面張力可用下列各式計算 公式： 式中下角標，w、o、s分別代表水、有機物及表面部分，xw、xo指主體部分的分子體積，、為純水、有機物的表面張力，對甲醇q=2。（1）精餾段：表3-3 不同溫度下的表面張力溫度/708090100乙醇表面張力/10-2n/m21817.1516.215.2水表面張力/10-2n/m264.362.660.758.8 乙醇表面張力：， ；水的表面張力：， 。 求得： (2) 提餾段： 乙醇表面張力：， ；水的表面張力：， 。 求得： 查表得：水=0.352mpa.s， 醇=0.435mp

21、a.s ，查表得：水=0.310mpa.s 醇=0.385mpa.s 精餾段粘度： 提餾段粘度： 精餾段揮發(fā)度：由得所以 提餾段揮發(fā)度：由得所以 6、 氣液相體積流量計算 根據(jù)x-y相圖得： ，所以。操作回流比可取為最小回流比的1.12.0倍，所以取回流比：（1）精餾段 已知： 則質(zhì)量流量 體積流量 圖4 x-y相圖（2）提餾段：因為本設(shè)計為飽和液體進料，所以q=1 已知： 。則質(zhì)量流量： 體積流量： 3.3理論塔板的計算理論板的計算方法：可采用逐板計算法圖解法，在本次設(shè)計中采用圖解法。根據(jù)1.01325 105pa下，乙醇-水氣液平衡組成關(guān)系可繪出平衡曲線即x-y曲線圖，泡點進料，所以q=1

22、，即q為一條直線，本平衡具有下凹部分，操作線尚未落到平衡線前，已與平衡線相切，如圖所示：xq=0.749876, yq=0.785266, 所以，操作回流比等于：。已知：精餾線操作方程： 提餾線操作方程：在圖上作操作線，由點（0.8598，0.8598）起在平衡線和操作線間畫階梯，過精餾段操作線與q線交點，直到階梯與平衡線交點小于0.00078為止，由此得到理論板nt=24塊（包括再沸器），加料板為第21 塊理論板。板效率與塔板結(jié)構(gòu)、操作條件、物質(zhì)的物理性質(zhì)及流體的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，它反映了實際塔板上傳質(zhì)過程進行的程度。板效率可用奧康奈爾公式計算。（1）精餾段已知：，所以 故。（2）提餾段已知：，

23、所以 故 全塔所需實際塔板數(shù)： 全塔效率：加料板位置在第42塊塔板。3.4塔徑的初步設(shè)計（1）精餾段由，式中c可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出：橫坐標數(shù)值： 取板間距：ht=0.45m, hl=0.07m,則ht-hl=0.38， 查圖可知：c20=0.076 圓整后取d=2.0m.（2）提餾段橫坐標數(shù)值：取板間距：ht=0.45m, hl=0.07m,則ht-hl=0.38， 查圖可知：c20=0.076.圓整后取d2=2.0m3.5溢流裝置1堰長取=0.65d=0.652.0=1.3m出口堰高：本設(shè)計采用平直堰，堰上液高度how按下式計算 近似取e=1（1）精餾段（2）提餾段 2方形降液管的寬度和橫截

24、面查圖得：驗算降液管內(nèi)停留時間：精餾段：提餾段：停留時間，故降液管可使用。降液管底隙高度(1)精餾段取降液管底隙的流速u=0.13m/s,則 ，取ho=0.02m(2)提餾段，取ho=0.04因為ho不小于20mm,所以ho滿足要求。3.6塔板布置及浮閥數(shù)目與排列1.塔板分布本設(shè)計塔板直徑d=2.0m,采用分塊式塔板，塔徑為2.0m，所以分五塊踏板。2. 浮閥數(shù)目與排列（1）精餾段取閥孔動能因子f0=12，則孔速（采用f1型浮閥）取邊緣區(qū)寬度wc=0.06m，破沫區(qū)寬度ws=0.11m，計算塔板上的鼓泡區(qū)面積，即 所以 在整塊式塔板中，浮閥數(shù)以等腰三角形排列，取同一豎排閥孔孔心距為t=75mm

25、，則排間距：圖5 精餾段浮閥排列考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用87mm，而應(yīng)小些，故取t=75mm ，按t=65mm ，以等腰三角形叉排方式作圖，排得閥數(shù)348個。如圖5所示。按n=348重新核算孔速即閥孔功能因數(shù) 閥孔動能因子為11.68，仍在913范圍內(nèi)，故符合要求。塔板開孔率為：，開孔率在5%15%范圍內(nèi)，因而符合要求。（2）提餾段取閥孔動能因子fo=9，則孔速。在分塊式塔板中，浮閥數(shù)以等腰三角形排列，按同一豎排閥孔孔心距t=75mm，估算板間距取t=80mm，排得浮閥數(shù)為276個，如圖6所示按n=276重新核算孔

26、速即閥孔功能因數(shù)閥孔動能因子為12.02，仍在9-13范圍內(nèi)，故符合要求。塔板開孔率為：，開孔率在5%15%范圍內(nèi)，因而符合要求。圖6 提餾段浮閥排列第4章 塔板的流體力學(xué)計算4.1 氣相通過浮閥塔板的壓降可根據(jù)計算精餾段干板阻力。因，故 板上充氣液層阻力 液體表面張力所造成的阻力 此阻力很小，可忽略不計，因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當?shù)母叨葹?，提餾段干板阻力。因，故 板上充氣液層阻力 液體表面張力所造成的阻力 此阻力很小，可忽略不計，因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當?shù)母叨葹椋?.2 淹塔為了防止發(fā)生淹塔現(xiàn)象，要求控制降液管中清液高度。1精餾段單層氣體通過塔板壓降所相當?shù)囊褐叨?hp1=0.081

27、m液體通過降液管的壓頭損失 板上液層高度 hl=0.07，則hd1=0.081+0.031+0.07=0.182m。取=0.5，已選定ht=0.45m,hw1=0.0547m, 則 可見，所以符合防止淹塔的要求。提餾段單層氣體通過塔板壓降所相當?shù)囊褐叨?hp2=0.077m液體通過降液管的壓頭損失 板上液層高度：hl=0.07，則hd2=0.077+0.0019+0.07=0.1489m。 取=0.5，已選定ht=0.45m,hw2=0.0520m 則 可見，所以符合防止淹塔的要求。4.3霧沫夾帶驗算 1精餾段查得物性系數(shù)，泛點負荷系數(shù)查物性系數(shù)k=1.0 ，泛點負荷系數(shù)cf=0.106所以

28、，泛點率=泛點率=對于大塔，為了避免過量霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點率不超過80%，由以上計算可知，在允許的范圍之內(nèi)2提餾段查得物性系數(shù)，泛點負荷系數(shù)泛點率=泛點率=，可見在允許的范圍之內(nèi)。4.4 塔板負荷性能圖1霧沫夾帶線 據(jù)此可作出負荷性能圖中的霧沫夾帶線，取泛點率為80%代入泛點率計算式。（1）精餾段整理可得霧沫夾帶上限方程為： （2）提餾段整理可得霧沫夾帶上限方程為：表3-4 霧沫夾帶線賦值計算精餾段ls (m3/s)0.0020.01vs (m3/s)5.82355.3974提餾段 (m3/s)0.0020.01 (m3/s)7.01206.47872液泛線 由此確定液泛線，忽略式中。而精餾

29、段 整理后可得：提餾段 整理后可得：在操作范圍內(nèi)，任意取若干個ls值，算出相應(yīng)的vs值： 表3-5 液泛線賦值計算精餾段 (m3/s)0.0010.0030.0040.007 (m3/s)7.717.457.326.875提餾段 (m3/s)0.0010.0030.0040.007 (m3/s)8.358.1057.9977.6883液相負荷上限液體的最大流量應(yīng)保證降液管中停留時間不低于35s。液體在降液管內(nèi)停留時間以作為液體在降液管內(nèi)停留時間的下限，則4漏液線對于f1型重閥，依動能因數(shù)作為規(guī)定氣體的最小負荷的標準，則（1）精餾段 （2）提餾段 5 .液相負荷下限線取堰上液層高度作為液相負荷下

30、限條件作出液相負荷下限線,該線于氣相流量無關(guān)的豎直線。代入的計算式： 取e1.0，則6 操作性能負荷圖由以上15作出精餾段和提餾段塔板負荷性能圖。如下精餾段負荷性能圖提餾段負荷性能圖由塔板負荷性能圖可以看出： 在任務(wù)規(guī)定的氣液負荷下的操作點p（設(shè)計點）處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置； 塔板的氣相負荷上限完全由物沫夾帶控制，操作下限由漏液控制； 按固定的液氣比，由圖可查出 塔板的氣相負荷上限， 氣相負荷下限所以：精餾段操作彈性=， 提餾段操作彈性=；表3-6 浮閥塔工藝設(shè)計計算結(jié)果項目 符號 單位 計算數(shù)據(jù) 備注 精餾段 提餾段 塔徑 dm22板間距 htm0.450.45塔板類型 單溢流弓形降液管

31、 分塊式塔板 空塔氣速 um/s1.311.345堰長 lwm1.31.3堰高 hw m0.05470.0520板上液層高度 m0.070.07降液管底隙高 h0 m0.020.04浮閥數(shù) n348276等腰三角形叉排 閥孔氣速 u0m/s10.6612.81同一橫排孔心距 浮閥動能因子 f011.6811.98相鄰橫排中心距離 臨界閥孔氣速 u0c m/s9.511.31孔心距 tm0.0750.075排間距 tm0.0650.08單板壓降 ppa646.72698.40液體在降液管內(nèi)停留時間 s27.4917.69降液管內(nèi)清液層高度 hdm0.1820.1489泛點率 %57.9251.5

32、8氣相負荷上限 (vs)maxm3/s5.106061.58378物沫夾帶控制 氣相負荷下限 (vs)minm3/s8.919422.39912漏液控制 操作彈性 3.2243.718第5章 塔附件設(shè)計塔的外殼多用鋼板焊接，如外殼采用鑄鐵鑄造，則往往以每層塔板為一節(jié)，然后用法蘭連接。 板式塔除內(nèi)部裝有塔板、降液管及各種物料的進出口之外，還有很多附屬裝置，如除沫器、人孔、基座，有時外部還有扶梯或平臺。此外，在塔體上有時還焊有保溫材料的支承圈。為了檢修方便，有時在塔頂裝有可轉(zhuǎn)動的吊柱。一般說來，各層塔板的結(jié)構(gòu)是相同的，只有最高一層，最低一層和進料層的結(jié)構(gòu)有所不同。最高一層塔板與塔頂?shù)木嚯x常大于一般

33、塔板間距，以便能良好的除沫。最低一層塔板到塔底的距離較大，以便有較大的塔底空間貯液，保證液體能有1015min的停留時間，使塔底液體不致流空。塔底大多是直接通入由塔外再沸器來的蒸氣，塔底與再沸器間有管路連接，有時則再塔底釜中設(shè)置列管或蛇管換熱器，將釜中液體加熱汽化。若是直接蒸汽加熱，則在釜的下部裝一鼓泡管，直接接入加熱蒸汽。另外，進料板的板間距也比一般間距大。 5.1接管1.進料管 進料管的結(jié)構(gòu)種類很多，有直管進料管，彎管進料管，t型進料管。本設(shè)計采用直管進料管，管徑計算如下： 取， 查標準系列選取2.回流管采用直管回流管，取，查標準序列取3.塔釜出料管取，。查標準系列取。4.塔頂蒸汽出料管

34、直管出氣，取出口氣速，查標準序列取。5.塔釜進氣管 采用直管，取氣速，查標準序列取。6法蘭由于常壓操作，所有法蘭均采用標準管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)的法蘭。（1）進料管接管法蘭：pg6dg30hg5010-58（2）回流管接管法蘭：pg6dg30hg5010-58（3）塔釜出料管法蘭：pg6dg40hg5010-58（4）塔頂蒸汽管法蘭：pg6dg300hg5010-58（5）塔釜蒸汽進氣法蘭：pg6dg300hg5010-585.2封頭封頭分為橢圓形封頭、蝶形封頭等幾種，本設(shè)計采用橢圓形封頭，由公稱直徑dg=2000mm,查得曲面高度h1=500mm,直邊高度h0=40mm

35、,內(nèi)表面積f封=4.3988m2容積v封=1.047m3.。選用封頭5.3 除沫器當空塔氣速較大，塔頂帶夜現(xiàn)象嚴重，以及工藝過程中不許出塔氣速夾帶霧低的情況下，設(shè)置除沫器，以液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及程流除沫器。本設(shè)計采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大、重量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點。設(shè)計氣速選?。?系數(shù) 除沫器直徑：選取不銹鋼除沫器：類型：標準型，規(guī)格：40-100， 材料：不銹鋼絲網(wǎng)(1gr18ni19),絲網(wǎng)尺寸：圓絲5.4裙座塔底常用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，鏈接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制

36、作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內(nèi)徑800mm,故裙座壁厚取12mm。 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：mm 基礎(chǔ)環(huán)外經(jīng)：mm 圓整：，;基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18mm；考慮到再沸器，裙座高度取3m，地角螺栓直徑取m30.5.5 吊柱對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對于補充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，既經(jīng)濟又方便的一項實施，一般取15m以上的塔物設(shè)吊柱，本設(shè)計中塔高度較大，因此設(shè)吊柱。本設(shè)計塔經(jīng)d=2000mm，可選用吊柱500kg。s=1300mm，l=3900mm,h=1100mm。材料為a3。5.6 人孔人孔是安裝或檢修人員進出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于進入任何一塊塔板，由于設(shè)置人孔

37、處塔間距離大，且人孔設(shè)備過多會使制造時塔體的彎曲度難于達到要求，一般每隔1020塊塔板才設(shè)一塊踏板本塔中共49塊塔板，需設(shè)置6個人孔，每個人孔直徑為450mm，在設(shè)置人孔處，板間距為600mm，裙座上應(yīng)開兩個人孔，直徑為450mm，人孔深入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本設(shè)計也是如此。第6章 塔總體高度的設(shè)計6.1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到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一塊板的距離500mm，塔頂部空間高度為1200mm。6.2塔的底部空間高度塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線的距離，

38、因塔底空間具有中間儲槽的作用，塔釜料液最好停留1015min,取釜液停留時間為15min。 6.3塔立體高度 第7章 塔設(shè)備的機械設(shè)計7.1設(shè)計條件1.計算壓力pc=1.1mpa；2.設(shè)置地區(qū)：基本風(fēng)壓值qo=300n/m2，地震設(shè)防烈度為8度，設(shè)及基本地震加速度為0.2g，地震分組為第二組，場地類型為i類，地面粗糙度為b類。3.塔殼外表面保溫層100mm，保溫層材料密度300kg/m34.每隔十塊塔板開設(shè)一個人孔，人孔數(shù)為4個，相應(yīng)在人孔處安裝平臺，平臺寬0.9m，單位質(zhì)量150kg/m2,180.5.塔體與封頭材料選用q345r,其中，裙座材料選用q235b.6.塔體與封頭厚度附加量c=2

39、mm，裙座厚度附加量3mm。塔體與裙座對接焊縫，塔體焊接接頭系數(shù)。7.2按計算壓力計算塔體和封頭厚度1.塔體厚度計算考慮厚度附加量c=2mm，經(jīng)圓整，取2.封頭厚度計算采用標準橢圓形封頭：考慮厚度附加量c=2mm，經(jīng)圓整，取7.3塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算1.筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量m01圓筒質(zhì)量：封頭質(zhì)量：裙座質(zhì)量：說明：（1）塔體圓筒總高度為查得dn2000mm，厚度12mm的圓筒質(zhì)量為596kg/m；查得dn2000mm，厚度12mm的橢圓形封頭質(zhì)量為438kg/m；裙座高度3000mm2.塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量m02（查得浮閥塔盤質(zhì)量為75kg/m2）3.保溫層質(zhì)量其中，為封頭保溫層質(zhì)量，kg4.平臺、

40、扶梯質(zhì)量 說明：查得，平臺：；籠式扶梯質(zhì)量：；籠式扶梯總高：；平臺數(shù)量：n=6。5.操作時物料質(zhì)量說明：精餾段物料密度，提餾段物料密度；封頭容積；塔釜圓筒部分深度；精餾段塔板層數(shù)n=41，提餾段塔板層數(shù)n=8；精餾段塔板上液層高度提餾段塔板上液層高度。6.附件質(zhì)量按經(jīng)驗取附件質(zhì)量為7.充水質(zhì)量其中，。各種質(zhì)量載荷匯總將全塔分成6段，計算下列各質(zhì)量載荷（計算中略有近似）塔段0-11-22-33-44-5合計塔段長度/mm10002000700010000913029130人孔與平臺數(shù)002226塔板數(shù)001121174959611924610596055581791625904946400411

41、5401507200118245332160417251689509874132939237912731149298115314901389447923027314002802082447745157018877190611684357096各段最小質(zhì)量/kg74515709392121651126135133全塔操作質(zhì)量/kg全塔最小質(zhì)量/kg水壓試驗時最大質(zhì)量/kg7.4風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計算風(fēng)載荷計算示例以2-3段為例計算風(fēng)載p3 式中：k1體型系數(shù)，對圓筒形容器，k1=0.7q010m高處變化基本風(fēng)壓值，q0=400n/m2f3風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查得：f3=1.00l3計算段長度，l3=7

42、000mm脈動影響系數(shù)，由查得：t1塔的基本自振周期，對等直徑、等厚度圓筒截面面塔：脈動增大系數(shù)，根據(jù)自振周期，由表8-6查得：振數(shù)系數(shù)，由表8-8查得：風(fēng)振系數(shù)塔有效直徑。設(shè)籠扶梯與塔頂管線成，取以下a,b式中較大者a. b.k3=400mm，取400mm，a.b.取以上述方法計算出各段風(fēng)載荷，列于表8-1中。表8-1 各段風(fēng)載荷計算結(jié)果計算段平臺數(shù)110004000.70.720.00692.11.0160.641002624481220004000.70.720.02122.11.0450.7230026241106370004000.70.720.1802.11.2721.001025

43、14333883224100004000.70.790.5732.11.7601.25202360318419613591304000.70.821.0002.12.2131.4229.132394321828315截面00 截面11 截面22 7.5地震彎矩計算地震彎矩計算時，為了便于分析、計算，可將圖2-26簡化成圖8-27取陰尼比為則衰減指數(shù)塔的總高度全塔操作質(zhì)量重力加速度地震影響系數(shù)查得（設(shè)防烈度8級）查得計算截面距地面高度h：00截面：h=0 11截面：h=1000m 22截面：h=3000m截面00 （供參考）截面11 （供參考）截面22 （供參考）7.6各種載荷引起的軸向應(yīng)力1.

44、計算壓力引起的軸向拉力其中，。2.操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力截面00令裙座厚度；有效厚度；。截面11其中，；為人孔截面的截面積，但相關(guān)標準得：截面：22其中，；。3.最大彎矩引起的軸向應(yīng)力截面00其中， 截面11其中 截面22其中 7.7塔體和裙座危險截面的強度與穩(wěn)定校核1.塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力校核截面22塔體的最大組合軸向拉慶力發(fā)生在正常操作時的22截面上。其中，；k=1.2；。滿足要求。其中，查圖5-9得（16mnr,）b=115mpa，,k=1.2。截面11塔體11截面上的最大組合軸向壓應(yīng)力滿足要求。其中，查圖5-8得（q235-ar，）b=107.5mpa，k=1.2。截面00塔體0

45、0截面上的最大組合軸向壓應(yīng)力滿足要求。其中，b=107.5mpa；k=1.2。項目計算危險截面001122塔體與裙座有效厚度，570965635154736截面以上的操作質(zhì)量5708796383570計算截面面積a=87920計算截面的抗彎截面系數(shù)最大彎矩最大允許軸向拉應(yīng)力，173.4最大允許軸向壓應(yīng)力/mpakb129129138135.6135.6204計算壓力引起的軸向拉應(yīng)力/mpa0055操作質(zhì)量引起的軸向拉應(yīng)力8.926.68.55最大彎矩引起的軸向應(yīng)力33.3231.4927.87最大組合軸向拉應(yīng)力68.8最大組合軸向壓應(yīng)力42.2438.0975.32強度與穩(wěn)定校核強度滿足要求穩(wěn)

46、定性7.8塔體水壓試驗和吊裝時的應(yīng)力校核1.試驗壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應(yīng)力液柱靜壓力2.試驗壓力引起的拉應(yīng)力3.最大質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力4.彎矩引起的軸向壓力1.筒體環(huán)向應(yīng)力校核滿足要求。2.最大組合軸向拉應(yīng)力校核滿足要求。3.最大組合軸向壓應(yīng)力校核滿足要求。7.9基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計1.基礎(chǔ)環(huán)尺寸取2.基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核其中， （1）(2)取以上兩者中的較大值。選用75號混凝土，由表8-9查得許用應(yīng)力：。，滿足要求。3.基礎(chǔ)環(huán)的厚度；c=3mm假設(shè)螺栓直徑為m42，由表8-11查得,當時，由表8-10查得：取其中較大值，故。按有筋板計算基礎(chǔ)環(huán)厚度：圓整后取。7.10地腳螺栓計算1.地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力其中，(1) (2)