甲醇精餾塔的設(shè)計(jì)

1、化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 題目：甲醇精餾塔的設(shè)計(jì)年級(jí)：2011級(jí)專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝學(xué)號(hào)：201121370116姓名：高鑫政指導(dǎo)老師：徐瓊湖南師范大學(xué)樹(shù)達(dá)學(xué)院 2014 年 6 月 4 日化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定欄設(shè)計(jì)任務(wù)：甲醇精餾塔的設(shè)計(jì)完成人：高鑫政 學(xué)號(hào)：201121370116評(píng)定基元評(píng)審要素評(píng)審內(nèi)涵滿 分評(píng)分設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，40%格式規(guī)范設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)是否符合規(guī)定的格式要求10內(nèi)容完整設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)是否包含所有規(guī)定的內(nèi)容10設(shè)計(jì)方案選材是否合理標(biāo)準(zhǔn)件選型是否符合要求10工藝計(jì)算過(guò) 程工藝計(jì)算過(guò)程是否正確、完整和規(guī)范10設(shè)計(jì)圖紙，30%圖紙規(guī)范圖紙是否符合規(guī)范、標(biāo)注清晰10與設(shè)計(jì)吻合圖紙

2、是否與設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果完全一致15圖紙質(zhì)量設(shè)計(jì)圖紙的整體質(zhì)量的全面評(píng)價(jià)5答辯成績(jī)，30%PPT質(zhì)量PPT畫(huà)面清晰，重點(diǎn)突出10內(nèi)容表述答辯表述是否清楚10回答問(wèn)題回答問(wèn)題是否正確10100評(píng)閱人簽名： 總分：評(píng)分說(shuō)明：儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)作品的總分=（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)成績(jī)+設(shè)計(jì)圖紙成績(jī)）*0.9+答辯成績(jī)塔設(shè)備設(shè)計(jì)作品的總分=設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)成績(jī)+設(shè)計(jì)圖紙成績(jī)+答辯成績(jī) 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)(十六)題目：甲醇精餾塔的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)給定的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)一篩板塔，具體包括塔體、裙座材料的選擇；塔體及封頭的壁厚計(jì)算及其強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核、筒體和裙座的水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核、裙座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核；塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)環(huán)、地腳螺栓計(jì)算等 已

3、知工藝參數(shù)：塔體內(nèi)徑/mm2000塔高/mm31000計(jì)算壓力/MPa1.2設(shè)計(jì)溫度/oC200設(shè)置地區(qū)長(zhǎng)沙地震設(shè)防烈度8場(chǎng)地土類(lèi)類(lèi)設(shè)計(jì)地震分組第二組設(shè)計(jì)基本地震加速度0.2g地面粗糙度B類(lèi)塔盤(pán)數(shù)52塔盤(pán)存留介質(zhì)高度/mm100塔盤(pán)間距/mm450介質(zhì)密度塔釜存留介質(zhì)高度/mm100半圓形平臺(tái)數(shù)平臺(tái)高度/mm1000半圓形平臺(tái)寬度/mm800保溫材料密度/Kg/m3315保溫層厚度/mm100人孔間距/m5再沸器操作質(zhì)量/Kg3800再沸器偏心距/mm2000介質(zhì)腐蝕性設(shè)計(jì)要求：（1）計(jì)算單位一律采用國(guó)際單位，計(jì)算過(guò)程及說(shuō)明應(yīng)清楚；（2）所有標(biāo)準(zhǔn)件均要標(biāo)記或代號(hào)；（3）對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容匯總，按規(guī)定的

4、格式編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；（4）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)有封面、目錄、封底，目錄有序號(hào)、內(nèi)容、頁(yè)碼；（5）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中數(shù)據(jù)與裝配圖中的數(shù)據(jù)一致； （6）裝配圖采用A1號(hào)圖紙手工繪制。 目 錄第1章前言1.1 摘 要31.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和條件31.3塔體材料選擇41.4裙座材料選擇4第2章塔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算52.1 按計(jì)算壓力計(jì)算塔體和封頭厚度52.2 塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算5筒體和裙座質(zhì)量5塔內(nèi)件質(zhì)量6保溫材料質(zhì)量6平臺(tái)扶梯質(zhì)量6物料質(zhì)量6充水質(zhì)量7質(zhì)量載荷結(jié)果匯總表72.3風(fēng)載荷計(jì)算7 2.4風(fēng)彎矩計(jì)算92.5 地震載荷計(jì)算92.6 偏心彎矩計(jì)算102.7各載荷引起的軸向應(yīng)力102.8塔體與裙座的危險(xiǎn)截面強(qiáng)度、穩(wěn)定性

5、校核11 2.8.1 危險(xiǎn)截面強(qiáng)度校核.112.8.2 裙座與塔體對(duì)接焊縫截面拉應(yīng)力校核11對(duì)各危險(xiǎn)截面進(jìn)行穩(wěn)定性校核122.9塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核122.10 基礎(chǔ)環(huán)板設(shè)計(jì)13基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)、外徑13基礎(chǔ)環(huán)應(yīng)力校核13基礎(chǔ)環(huán)厚度計(jì)算142.11地腳螺栓計(jì)算14第3章塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)16 3.1 塔體163.2 板式塔及塔盤(pán)163.3 塔設(shè)備附件16接管163.3.2 除沫裝置163.3.3 吊柱163.3.4 裙式支座16 保溫圈17附錄18 附表1：各部件尺寸大小18附表2：質(zhì)量載荷結(jié)果匯總18附表3：各載荷結(jié)果匯總19附表4：風(fēng)載荷計(jì)算結(jié)果匯總19A主要符號(hào)說(shuō)明20參考文獻(xiàn).21設(shè)計(jì)結(jié)果

6、評(píng)價(jià)及總結(jié)21 第1章 前言 1.1 摘 要甲醇系結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的飽和一元醇，CAS號(hào)有67-56-1、170082-17-4，分子量32.04，沸點(diǎn)64.7。又稱(chēng)“木醇”或“木精”。是無(wú)色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。有毒，誤飲510毫升能雙目失明，大量飲用會(huì)導(dǎo)致死亡。用于制造甲醛和農(nóng)藥等，并用作有機(jī)物的萃取劑和酒精的變性劑等。通常由一氧化碳與氫氣反應(yīng)制得。自2002年以來(lái)，我國(guó)甲醇市場(chǎng)受下游需求強(qiáng)力拉動(dòng)，甲醇生產(chǎn)廠家紛紛擴(kuò)產(chǎn)和新建，使得甲醇產(chǎn)能急劇增加，產(chǎn)量連年大幅增長(zhǎng)。2010年我國(guó)甲醇產(chǎn)能達(dá)到3757萬(wàn)噸，產(chǎn)量1575萬(wàn)噸，已成為世界第一大甲醇生產(chǎn)國(guó)。 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和條件 題目：甲醇精餾塔

7、的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)給定的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)一篩板塔，具體包括塔體、裙座材料的選擇；塔體及封頭的壁厚計(jì)算及其強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核、筒體和裙座的水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核、裙座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核；塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)環(huán)、地腳螺栓計(jì)算等已知工藝參數(shù)：塔體內(nèi)徑/mm2000塔高31000計(jì)算壓力/MPa1.2設(shè)計(jì)溫度/oC200設(shè)置地區(qū)長(zhǎng)沙地震設(shè)防烈度8場(chǎng)地土類(lèi)類(lèi)設(shè)計(jì)地震分組第二組設(shè)計(jì)基本地震加速度0.2g地面粗糙度B類(lèi)塔盤(pán)數(shù)52塔盤(pán)存留介質(zhì)高度/mm100塔盤(pán)間距/mm450介質(zhì)密度塔釜存留介質(zhì)高度/mm100半圓形平臺(tái)數(shù)平臺(tái)高度/mm1000半圓形平臺(tái)寬度/mm800保溫材料密度/Kg/m3315保溫層厚度/mm

8、100人孔間距/m5再沸器操作質(zhì)量/Kg3800再沸器偏心距/mm2000介質(zhì)腐蝕性1.3塔體材料選擇介質(zhì)為甲醇對(duì)鋼材腐蝕不大，溫度在-20以上，承受一定的壓力，故選用低合金鋼16MnR，它具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能。它是目前我國(guó)用途最廣、用量最大的壓力容器專(zhuān)用器材。型號(hào)為16MnR。 1.4裙座材料選擇Q235-A抗拉強(qiáng)度比較好，A表示在40度可以很好的使用，而使用地在長(zhǎng)沙，所以裙座選取Q235-A。第2章塔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1 按計(jì)算壓力計(jì)算塔體和封頭厚度塔體計(jì)算壁厚：塔體設(shè)計(jì)壁厚：塔體名義壁厚： 圓整后?。?12mm塔體有效壁厚： 封頭設(shè)計(jì)壁厚：塔體設(shè)計(jì)壁厚：塔體名義壁厚： 取圓

9、后整： 塔體有效壁厚： 圓整后?。?.2 塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算 筒體和裙座質(zhì)量m01：筒節(jié)DN=2000mm，=12mm，筒節(jié)總高度H=27.5m，裙座總高度H2=3mq1=596 Kg/m（附錄4）， q2=438Kg（附錄6）圓筒質(zhì)量：m1=q1H0=596×27.5 =16390 Kg封頭質(zhì)量：m2=438×2 =876 Kg裙座質(zhì)量：m3=q2H2=596×3 =1788 Kg塔內(nèi)件質(zhì)量m02：篩板塔盤(pán)數(shù)：52，篩板塔盤(pán)質(zhì)量：65Kg/m2m02=保溫材料質(zhì)量m03：d：保溫層厚度，100 mm；2： 保溫材料密度 315 Kg/m3m´03：封頭

10、保溫材料的質(zhì)量，Kg平臺(tái)扶梯質(zhì)量m04:B:平臺(tái)半徑或?qū)挾龋?00mm；qp：平臺(tái)質(zhì)量，150Kg/m2；n:平臺(tái)數(shù)；HF：扶梯高度，30m； qF:扶梯質(zhì)量,40Kg/m物料質(zhì)量m05:hw:板上液層高度，100mm；h0：塔釜圓筒部分深度；N塔板數(shù)；1：物料密度，791Kgm3；Vf：封頭容積，mm3；附件質(zhì)量ma:按經(jīng)驗(yàn)值取m01的0.25倍,ma=0.25m01=4763.5Kg。充水質(zhì)量mw:偏心質(zhì)量ma：3800Kg操作質(zhì)量：最大質(zhì)量：最小質(zhì)量：質(zhì)量載荷結(jié)果匯總表：（表1：質(zhì)量載荷匯總）塔段 01 12 23 34 4頂 合計(jì)塔段長(zhǎng)度/mm 1000 3000 7000 10000

11、 10000 310000人孔與平臺(tái)數(shù) 0 0 2 3 1 6塔板數(shù) 0 0 10 28 14 52操作質(zhì)量/Kg最大質(zhì)量/Kg最小質(zhì)量/Kg2.3風(fēng)載荷計(jì)算以2-3段為例：塔高H20m，q1=q0=350Nm2，動(dòng)脈增大系數(shù)，按4-5查得為2.24；因地面粗糙度類(lèi)別為B級(jí)，查表4-6得第3段脈動(dòng)影響系數(shù)V3為0.72。，查表4-7，并用內(nèi)插法求得第三段振型系數(shù)為0.189De3取a,b中較大者 a b Doi=Di + 2n=2024 mm 取K3=400mm，表2 計(jì)算段平臺(tái)數(shù)110003500.70.720.00752.241.010.891002824622230003500.70.7

12、20.032.241.050.9740028242114370003500.70.720.192.241.3061.03112457328168074100003500.70.790.562.241.781.272134803304182995100003500.70.831.002.242.301.433111602984240452.4風(fēng)彎矩計(jì)算 2.5 地震載荷計(jì)算等徑、等厚度的塔，15按公式（4-21）、（4-22）計(jì)算基本振型地震彎矩 Cz-綜合影響系數(shù)，直立圓筒取0.5有地震設(shè)防烈度8級(jí)，設(shè)計(jì)基本地震加速度：0.2g查表4-8得max=0.16；由場(chǎng)地土類(lèi)類(lèi)，設(shè)計(jì)地震分組：第二組，

13、查表4-9得Tg=0.4；已計(jì)算得T1=1.014s取第一振型脈動(dòng)增加系數(shù)1=0.02，得衰減指數(shù)將上述各值代入圖4-48中公式計(jì)算得a1=0.091 計(jì)算界面0-0¹，1-1¹，2-2¹的地震彎矩，并考慮高震型影響 2.6 偏心彎矩計(jì)算偏心質(zhì)量 偏心距e=2000mm偏心彎矩 2.7各載荷引起的軸向應(yīng)力由壓力引起的軸向應(yīng)力操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力：截面0-0 截面1-1 其中 截面2-2 其中 最大彎矩在筒體內(nèi)引起的軸向應(yīng)力 截面0-0 截面1-1 截面2-2 2.8塔體與裙座的危險(xiǎn)截面強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核 危險(xiǎn)截面強(qiáng)度校核本設(shè)備為內(nèi)壓設(shè)備，最大組合軸向拉應(yīng)力出現(xiàn)在正

14、常操作的迎風(fēng)側(cè)，根據(jù)（4-30）驗(yàn)算得到截面2-2為最危險(xiǎn)截面，對(duì)此截面進(jìn)行強(qiáng)度校核 t=170MPa，=0.85，K=1.3， Kt =1.3×170×0.85=187.58MPa 滿足要求 2.8.2 裙座與塔體對(duì)接焊縫2-2截面拉應(yīng)力校核由于裙座與塔體內(nèi)徑相等，所以采用對(duì)接焊縫， 滿足條件對(duì)各危險(xiǎn)截面進(jìn)行穩(wěn)定性校核 B=0.06Etei/ t =113MP K=1.3 滿足穩(wěn)定性要求2.9塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核 水壓試驗(yàn)時(shí)各種載荷引起的應(yīng)力： （1）試驗(yàn)壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應(yīng)力 液柱靜壓力=rH9.81=0.0001×310009.81=0.3

15、16 按第三章式（3-16）進(jìn)行應(yīng)力校核： 滿足要求（2） 試驗(yàn)壓力引起的軸向拉應(yīng)力 （3） 最大質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力 （4）彎矩引起的軸向應(yīng)力 最大組合軸向拉應(yīng)力按（4-34）進(jìn)行校核：液壓試驗(yàn)時(shí) 最大組合軸向壓應(yīng)力按（4-35）進(jìn)行校核：滿足要求2.10 基礎(chǔ)環(huán)板設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)、外徑取 基礎(chǔ)環(huán)應(yīng)力校核：(1):(2) :取以上兩者中的較大值b=2.01MPa，選用100號(hào)混泥土，由表8-9查的其許用應(yīng)力 Ra=5.0MPa，bmax=1.725.0MPa滿足要求基礎(chǔ)環(huán)厚度計(jì)算：b=140MPa; C=3mm。，假設(shè)螺栓直徑為M36，由表8-11查得L=160mm，當(dāng)時(shí)，由表8-10查得 ：

16、 取其中較大值，故Ms=5838.5 （Nmm）按有筋板時(shí)計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)厚度：圓整后取b=19mm 16mm ，合理2.11地腳螺栓計(jì)算，其中 （1）（2） 取以上兩數(shù)中的較大值， 地腳螺栓的螺紋直徑， 式中：d1為地腳螺栓螺紋直徑，mm；C2為地腳螺栓腐蝕裕量，取3mm；n為地腳螺栓個(gè)數(shù)，一般去4的倍數(shù)；為地腳螺栓材料的許用應(yīng)力，選取Q235-A時(shí)，取 ，假設(shè)n=32，則 圓整后取，M36M24，合理 故選用 32-M36的地腳螺栓。 第3章塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 塔體 塔體包括塔殼筒體、封頭、人孔、手孔、葉面計(jì)、接管、法蘭等各受壓元件，其結(jié)構(gòu)形式和要求應(yīng)滿足GB150有關(guān)規(guī)定。 3.2 板式塔及塔盤(pán)

17、因塔徑為2000mm大于800mm 故選用分塊式塔盤(pán) 3.3 塔設(shè)備附件接管 塔設(shè)備的塔體上配有各種工藝接管和儀表接管，大多數(shù)接管與一般容器上接管結(jié)構(gòu)相同。3.3.2 除沫裝置 除沫裝置屬氣液分離裝置，用以出去氣體夾帶的液滴和霧沫，保證傳質(zhì)效率。觸摸裝置可安裝在塔內(nèi)或塔上部，也可作為獨(dú)立的氣液分離設(shè)備。3.3.3 吊柱 對(duì)于高度大于15m的室外無(wú)框架的整體塔，應(yīng)考慮安裝和檢修時(shí)起吊塔臺(tái)及其他附件方便，所以常在塔頂安裝可轉(zhuǎn)動(dòng)的吊柱。3.3.4 裙式支座裙座是塔設(shè)備廣泛采用的一種支座，裙座有圓筒形和圓錐型兩種，這次設(shè)計(jì)采用圓筒形。 保溫圈塔外保溫材料的支撐圈叫保溫圈。塔體保溫圈為型；塔頂保溫圈為型

18、；塔底保溫圈為型。 但條件已提供保溫材料。密度為315Kg/m3 附錄附表1：各部件尺寸大小筒體高度/m27.5裙座高度/m3塔體名義壁厚/mm12塔體有效壁厚/mm10裙座名義壁厚/mm12裙座有效壁厚/mm10基礎(chǔ)環(huán)外徑/mm2300基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑/mm1700基礎(chǔ)環(huán)應(yīng)力/MPa1.72基礎(chǔ)環(huán)厚度19mm地腳螺栓個(gè)數(shù)32地腳螺栓直徑/mm36筒體和封頭材料16MnR裙座材料Q-235A裙座類(lèi)型圓筒型塔盤(pán)分塊式附表2：質(zhì)量載荷結(jié)果匯總塔段 01 12 23 34 4頂 合計(jì)塔段長(zhǎng)度/mm 1000 3000 7000 10000 10000 310000人孔與平臺(tái)數(shù) 0 0 2 3 1 6塔板數(shù)

19、 0 0 10 28 14 52塔體質(zhì)量/Kg19054塔內(nèi)件質(zhì)量/Kg10613保溫材料質(zhì)量/Kg6109平臺(tái)扶梯質(zhì)量/Kg4618物料質(zhì)量/Kg18777充水質(zhì)量/Kg88610操作質(zhì)量/Kg最大質(zhì)量/Kg最小質(zhì)量/Kg附表3：各載荷結(jié)果匯總風(fēng)彎矩 地 震 載 荷操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力截面0-0 10.56MPa最大彎矩引起的軸向應(yīng)力截面0-0 44.21MPa截面1-1 10.43MPa截面1-1 43.80MPa截面2-2 9.61MPa截面2-2 36.74MPa偏心彎矩0.746×108N/mm壓力引起的軸向應(yīng)力 60MPa附表4：風(fēng)載荷計(jì)算結(jié)果匯總計(jì)算段平臺(tái)數(shù)11000

20、3500.70.720.00752.241.010.891002824622230003500.70.720.032.241.050.9740028242114370003500.70.720.192.241.3061.03112457328168074100003500.70.790.562.241.781.272134803304182995100003500.70.831.002.242.301.43311160298424045A主要符號(hào)說(shuō)明基礎(chǔ)環(huán)面積：Ab 平臺(tái)質(zhì)量： 裙座筒體的截面積： 籠式扶梯質(zhì)量：基礎(chǔ)環(huán)伸長(zhǎng)寬度：b 各類(lèi)土場(chǎng)的特征周期：厚度附加量：C 自振周期： 塔內(nèi)直徑： 設(shè)計(jì)溫度：t彈性模量：E 裙座筒體的截面系數(shù)：塔體高度：H 常溫屈服點(diǎn)：籠式扶梯高度： 介質(zhì)密度 ：塔盤(pán)介質(zhì)層高度 ： 塔外保溫層厚度：風(fēng)壓高度變化系數(shù) ： 圓