工業(yè)萘精餾畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要精萘是有機(jī)化學(xué)工業(yè)主要的芳香族原料，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)合成纖維、橡膠、樹(shù)脂、染料以及制取炸藥、農(nóng)藥等工業(yè)部門(mén)，是一種重要的化工原料。而精萘又是經(jīng)過(guò)對(duì)工業(yè)萘的精制得到的，目前，除少數(shù)廠家根據(jù)需要生產(chǎn)精萘外，大部分廠家均生產(chǎn)工業(yè)萘產(chǎn)品，廣泛的用途及用量使工業(yè)萘的高效生產(chǎn)顯得尤為重要。工業(yè)萘生產(chǎn)是采用精餾方法將含萘餾分進(jìn)行分餾，提取出工業(yè)萘產(chǎn)品。精餾方式分為間歇式和連續(xù)式兩種工藝流程。原料年處理量決定精餾方式，本套設(shè)計(jì)將采用與年原料處理量為萬(wàn)噸已洗酚萘洗三混餾分裝置相配套的連續(xù)式生產(chǎn)工藝，即雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)。下面的設(shè)計(jì)過(guò)程將對(duì)工業(yè)萘的雙爐雙塔連續(xù)式精餾工藝流程進(jìn)行詳細(xì)的敘述并對(duì)工藝系統(tǒng)中所使用的主體設(shè)備——工業(yè)萘初餾塔和工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)選型及校核計(jì)算。關(guān)鍵詞：工業(yè)萘；雙爐雙塔連續(xù)精餾工藝；工業(yè)萘初餾塔；工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器Designoftwo-furnacetowerscontinuousdistillationprocessofindustrialnaphthaleneAbstractNaphtheneisthemajoraromaticindustrialrawmaterialsinorganicchemistryindustry,widelyusedinproductionofsyntheticfiber,rubber,resins,dyesandtheproductionofexplosives,pesticidesandotherindustrialsectors,asthefinenaphthaleneisproducedbyrefiningindustrynaphthalene.Atpresent,inaccordancewiththeexceptionofafewmanufacturersneedtoproducethefinenaphthalene,mostmanufacturershaveproductionofindustrialnaphthaleneproducts,awiderangeofindustrialusesandthelargedemandsofthenaphthalenemakeitparticularlyimportanttoefficientproduction.Industrialnaphthaleneproductionistheuseofnaphthalenedistillationmethodforfinenaphthaleneofnaphthalenedistillates.Thecommondistillationmethodisdividedintotwo,thatareintermittentandcontinuousprocess.Thewayofdistillationwillbedecidedbythehandlingcapacityofrawmaterials,andthissetofdesignChoosesthecontinuousproductionprocesssupportingthedevicesproducingthematerialswhichwillbeusedforthehandlingcapacityof10,800tonsmixedthreefractions:washedphenol﹑naphthaleneandwashedoil,thatis,two-furnacetowerscontinuousdistillationprocessofindustrialnaphthalene.Thefellowingdesignprocesswillfocusonadetaileddescriptionoftwo-furnacetowersnaphthalenecontinuousdistillationprocessandthemainequipmentusedinthesystem-theprimaryindustrialnaphthalenedistilledtowerandindustrialnaphthalenevaporizationcondensationcoolerconductsacomprehensiveSelectionandVerificationcalculation.

Keywords:industrialnaphthalene;two-furnacetowerscontinuousdistillationprocessofindustrialnaphthalene;primarydistillationtowerfortheindustrialnaphthalene;industrynaphthalenevaporizationcondensationcooler目錄摘要 IAbstract II第一章引言 11.1概述 11.2設(shè)計(jì)依據(jù) 61.3技術(shù)來(lái)源 61.4設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 6第二章雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)主體設(shè)備之一——初餾塔 72.1初餾塔的選型 72.2初餾塔全塔物料衡算 72.2.1原料處理量 72.2.2原料組成及各組分的含量 72.2.3初餾塔物料平衡 82.3初餾塔操作條件的確定 92.3.1操作壓力 92.3.2操作溫度 102.3.3進(jìn)料狀態(tài) 132.3.4加熱方式 132.4初餾塔所需理論塔板層數(shù)及回流比的確定 132.4.1求最小理論塔板數(shù) 132.4.2求最小回流比Rmin 142.4.3求實(shí)際塔板數(shù) 142.4.4加料板位置的確定 152.5初餾塔——F1型浮閥（重閥）精餾塔主題工藝尺寸的計(jì)算 162.5.1塔徑 162.5.2塔高 182.5.3溢流裝置——單溢流弓形降液管的堰長(zhǎng) 192.5.4弓形降液管的出口堰高 192.5.5弓形降液管寬度和面積 202.5.6降液管底隙高度 202.6塔板布置及浮閥數(shù)目與排列 212.7塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 232.7.1干板阻力 232.7.2板上充氣液層阻力 232.7.3液體表面張力所造成的阻力 232.7.4氣體通過(guò)浮閥塔板的壓強(qiáng)降(單板壓降) 232.7.5淹塔（降液管液泛）校核 242.7.6霧沫夾帶驗(yàn)算——泛點(diǎn)率 252.7.7嚴(yán)重漏液校核 262.8塔板負(fù)荷性能圖 272.8.1霧沫夾帶線 272.8.2液泛線 272.8.3液相負(fù)荷上限線 282.8.4漏液線 292.8.5液相負(fù)荷下限線 292.8.6初餾塔的塔板負(fù)荷性能圖及操作彈性 302.8.7初餾塔（F1型浮閥塔）工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 302.9初餾塔塔體及裙座的強(qiáng)度和穩(wěn)定校核 322.9.1材料的選擇 322.9.2筒體和封頭壁厚計(jì)算 322.9.3塔體的強(qiáng)度和穩(wěn)定校核 322.9.4裙座的強(qiáng)度和穩(wěn)定校核 332.10各接管尺寸的確定及相應(yīng)的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 342.10.1進(jìn)料管 342.10.2釜?dú)堃撼隽瞎?372.10.3回流液管 372.10.4塔頂餾出物蒸氣上升管 382.10.5循環(huán)熱油蒸氣進(jìn)口管 38第三章雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)主體設(shè)備之二——工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器 393.1工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的工作原理 393.2工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的結(jié)構(gòu)及工作流程 393.3工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的關(guān)鍵操作參數(shù)及設(shè)計(jì)條件 393.4筒體校核 403.4.1筒體的校核計(jì)算 403.4.2水壓試驗(yàn) 413.5管箱的選型與校核 423.5.1封頭的選型及校核計(jì)算 423.5.2管箱法蘭的選型標(biāo)準(zhǔn) 433.5.3墊片的選型及應(yīng)力校核 443.5.4等頭雙頭螺栓的選型 443.6法蘭的選型及校核(以管箱法蘭為例) 453.6.1墊片的選型與校核 453.6.2螺栓的選型與應(yīng)力校核 463.6.3法蘭的選型及應(yīng)力校核計(jì)算（以管箱法蘭為例） 483.7管板及熱管的選型與校核 533.7.1管板（管板的厚度及布管圓直徑的確定） 533.7.2換熱管（管子的排列方式及管間距的確定） 563.8應(yīng)力校核 593.8.1管板組合應(yīng)力校核 593.8.2換熱管拉脫應(yīng)力的校核計(jì)算 623.8.3殼程圓筒軸向應(yīng)力校核 643.9工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器附件（折流板）的選型 643.10工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器各接管的尺寸及相應(yīng)的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)果 66第四章雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)的其它主要設(shè)備——轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機(jī)、管式加熱爐及酚油冷凝冷卻器 674.1轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機(jī) 674.2管式加熱爐 674.3酚油冷凝冷卻器 68第五章雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘的主要操作過(guò)程 695.1雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘的開(kāi)車(chē)操作過(guò)程 695.1.1開(kāi)車(chē)前的準(zhǔn)備 695.1.2開(kāi)工和正常操作 695.2雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘的停車(chē)操作過(guò)程 705.2.1正常停車(chē) 705.2.2緊急停車(chē)與暫時(shí)停車(chē) 705.3雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘的正常操作過(guò)程 715.4雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘過(guò)程中的不正常現(xiàn)象及其處理辦法（見(jiàn)表5-1） 72結(jié)束語(yǔ) 73參考文獻(xiàn) 74致謝 76第一章引言1.1概述萘是有機(jī)化學(xué)工業(yè)主要的芳香族原料，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)合成纖維、橡膠、樹(shù)脂、染料以及制取炸藥、農(nóng)藥等的工業(yè)部門(mén)。萘的資源主要來(lái)自焦化萘和石油萘，就其質(zhì)量來(lái)說(shuō)石油萘大大超過(guò)目前的焦化萘，但從資源量上來(lái)說(shuō)，焦化萘具有優(yōu)異條件。目前，除少數(shù)廠根據(jù)需要生產(chǎn)精萘外，大部分廠均生產(chǎn)工業(yè)萘產(chǎn)品。工業(yè)萘一般是指結(jié)晶點(diǎn)不小于℃，萘含量不小于，其他指標(biāo)符合國(guó)家質(zhì)量指標(biāo)的萘產(chǎn)品。我國(guó)生產(chǎn)的工業(yè)萘主要用于生產(chǎn)苯酐，再以苯酐為原料制取各種纖維、塑料、增塑劑、樹(shù)脂和油漆，例如，聚酯樹(shù)脂和聚酯纖維、塑料薄膜形成物和橡膠增塑劑、清漆和磁漆的醇酸樹(shù)脂等。含萘餾分富集焦油中的萘是作為工業(yè)萘生產(chǎn)的原料。在原料餾分中含有極復(fù)雜的多種組分，有酸性（主要是酚類）中性及堿性（吡啶堿類），每類組分又都含有多種單一組分。為了提高工業(yè)萘產(chǎn)品質(zhì)量及提取這些產(chǎn)品，原料餾分在精餾時(shí)，需要進(jìn)行堿洗和酸洗。為了脫除酚類化合物，需要進(jìn)行堿洗，為了脫除吡啶堿類需要用濃度為的硫酸進(jìn)行酸洗。由于目前工業(yè)萘大部分用于制取鄰苯二甲酸酐（苯酐），隨著苯酐生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，含有少量不飽和化合物的工業(yè)萘，對(duì)苯酐產(chǎn)品質(zhì)量及催化劑性能均無(wú)不良影響。因此，現(xiàn)在許多焦化廠都用只經(jīng)堿洗的原料餾分提取工業(yè)萘。工業(yè)萘生產(chǎn)是采用精餾方法將含萘餾分進(jìn)行分餾，提取出產(chǎn)品工業(yè)萘。精餾方式分為間歇式和連續(xù)式兩種工藝流程。原料年處理量決定精餾方式，與年處理量為萬(wàn)噸原料焦油餾分裝置相配合的工業(yè)萘精餾裝置采用連續(xù)式生產(chǎn)工藝。以焦油蒸餾提取出的含萘餾分作為工業(yè)萘生產(chǎn)原料，到完成工業(yè)萘的生產(chǎn)過(guò)程，一般分為個(gè)階段，即原料的預(yù)處理，初餾和精餾。原料的預(yù)處理即將含萘餾分在餾分洗滌工段中用堿液或酸液進(jìn)行化學(xué)洗滌處理，脫除原料中的酚類或吡啶類化合物，經(jīng)化學(xué)處理后的餾分稱為已洗萘油餾分或已洗萘洗二混餾分或已洗酚萘洗三混餾分。這些已洗餾分均可作為工業(yè)萘生產(chǎn)的原料進(jìn)入初餾裝置進(jìn)行精餾。本套設(shè)計(jì)是將原料已洗酚萘洗三混餾分中比萘輕的較低沸點(diǎn)組分，如四氫化萘、三甲苯、對(duì)甲酚、茚等組分作為酚油餾分蒸出。初餾塔殘油富集了萘及沸點(diǎn)比萘高的組分，如硫雜茚、二甲酚、喹啉、甲基萘、二甲基醇、苊等化合物。初餾殘油作為精餾階段的原料，在萘精餾段，采出工業(yè)萘產(chǎn)品，并將比萘重的組分作為精餾殘油產(chǎn)品，稱為低萘洗油。隨著焦油加工的集中化和大型化趨向，工業(yè)萘加工工藝也相應(yīng)采用大型化和連續(xù)精餾工藝流程。我國(guó)大多采用雙爐雙塔式工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝流程。雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝流程（如圖1-1所示）：圖1-1雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝流程1—初餾塔管式爐；2—精餾塔管式爐；3—初餾塔；4—精餾塔；5—酚油冷凝冷卻器；6—工業(yè)萘換熱器；7—工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器；8—酚油油水分離器；9—酚油回流槽；10—工業(yè)萘回流槽；11—工業(yè)萘高置槽；12—轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機(jī)；13—低萘洗油冷卻器；14—原料油泵；15—酚油回流泵；16—工業(yè)萘回流泵；17—初餾塔循環(huán)油泵；18—精餾塔循環(huán)油泵；19—低萘洗油泵；20—原料油槽；21—酚油槽；22—低萘洗油槽；23—?dú)堄停ǖ洼料从停├鋮s器所謂雙爐雙塔，是指該流程中采用了兩臺(tái)管式爐、兩座精餾塔（初餾塔和精餾塔）。該工藝是以經(jīng)堿洗后溫度為℃的已洗酚萘洗三混餾分作為原料，經(jīng)靜置脫水后，由原料油泵從原料油槽中抽出，打入原料與工業(yè)萘換熱器，與從精餾塔頂部來(lái)的溫度為℃的萘蒸汽進(jìn)行換熱交換使溫度升至℃，再進(jìn)入初餾塔。原料在初餾塔中的初步分餾，是靠初餾塔管式爐提供熱量產(chǎn)生沿塔上升的蒸汽，原料中所含的酚油以℃氣態(tài)從初餾塔頂部逸出，進(jìn)入酚油冷凝冷卻器被水冷凝冷卻至℃，再進(jìn)入酚油油水分離器，冷凝液中的分離水從分離器底部排入酚水槽（以待脫酚），冷凝液中的酚油則從分離器上部滿流入酚油回流槽，由酚油回流泵抽出，打入初餾塔的頂部，以控制塔頂溫度，其余酚油從回流槽上部滿流入酚油槽，送洗滌工序回收加工。原料中所含的已洗酚萘洗三混餾分以液態(tài)混入熱循環(huán)油，一起流入初餾塔底儲(chǔ)槽，再由初餾塔熱油循環(huán)泵抽出，一部分打入初餾塔管式爐，被燃料燃燒加熱至℃部分氣化后，再回到初餾塔下部，供做初餾的熱量，另一部分則以℃的溫度打入精餾塔。精餾塔中的已洗酚萘洗三混餾分靠精餾塔管式爐循環(huán)加熱而進(jìn)行分餾，其中的萘以℃的氣態(tài)從精餾塔頂部逸出，經(jīng)工業(yè)萘換熱器進(jìn)行熱交換后，再進(jìn)入工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器被水冷卻至℃，以液態(tài)進(jìn)入工業(yè)萘回流槽，部分工業(yè)萘由回流槽底部被工業(yè)萘回流泵抽出，打入精餾塔的頂部，以控制塔頂溫度，其余工業(yè)萘從回流槽上部滿流入工業(yè)萘高置槽，再放入轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機(jī)，便得到含萘的工業(yè)萘。流入精餾塔底儲(chǔ)糟的殘油為℃溫度，被精餾塔熱油循環(huán)泵抽出，一部分打入精餾塔管式爐，被加熱至℃部分氣化后，又回入精餾塔內(nèi)部，供做精餾的熱量。多余的另一部分殘油則打入低萘洗油冷卻器，被水冷卻后的洗油放入油庫(kù)（流程簡(jiǎn)化圖如圖1-2所示）。圖1-2雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝流程簡(jiǎn)化示意圖雙爐雙塔工業(yè)萘實(shí)際生產(chǎn)流程中典型的控制環(huán)節(jié)：

TRB，TRR：分別為對(duì)通入工業(yè)萘初餾管式爐和精餾管式爐煤氣流量的調(diào)節(jié)，目的是控制管式爐物料的出口溫度，同時(shí)也為了穩(wěn)定塔底溫度。該環(huán)節(jié)采用串級(jí)控制，爐膛溫度為內(nèi)環(huán)，物料出口溫度為外環(huán)（如圖1-3所示）。

圖1-3管式爐出口溫度控制原理方框圖

TU1，TU2：分別為初餾塔頂溫度調(diào)節(jié)和精餾塔頂溫度調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)塔頂回流量來(lái)調(diào)節(jié)頂部溫度，合適的塔頂和塔底溫度有利于塔內(nèi)傳質(zhì)和傳熱過(guò)程的順利進(jìn)行。

LR1，LR2：分別為初餾塔低液位調(diào)節(jié)和精餾塔底液位調(diào)節(jié)，通過(guò)合適的液位調(diào)節(jié)，可防止塔底液位過(guò)高而淹塔或液位過(guò)低中斷蒸餾過(guò)程的進(jìn)行（如圖1-4所示）。圖1-4雙爐雙塔工業(yè)萘實(shí)際生產(chǎn)流程中的主控畫(huà)面該工藝流程的特點(diǎn)是：采用兩座管式爐分別為初餾塔和精餾塔循環(huán)油加熱，以控制塔底的溫度。兩座塔的塔頂溫度均靠調(diào)節(jié)其回流量來(lái)控制，有各自獨(dú)立的溫度制度，故操作方便，易控制，初餾、精餾操作相互不干擾。但原料質(zhì)量與組分的穩(wěn)定性，初餾和精餾過(guò)程中物料流動(dòng)的穩(wěn)定性及平衡和溫度控制的穩(wěn)定是工業(yè)萘雙爐雙塔工藝正常運(yùn)行的重要條件。當(dāng)因某一因素不穩(wěn)定而造成兩塔操作紊亂時(shí)，需要花上幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，建立雙爐、雙塔的物流平衡和使溫度穩(wěn)定。為了穩(wěn)定管式爐的操作和工業(yè)萘的質(zhì)量，需注意以下幾點(diǎn)：①進(jìn)料量要均勻穩(wěn)定。②原料水分穩(wěn)定并小于，為了減少水分，操作中盡量避免停泵換槽。③初餾塔和精餾塔殘液應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定排放，保持塔底液位穩(wěn)定，排放量不宜頻繁改變，一般為原料量的。若排放量過(guò)少，塔底液位上升，會(huì)造成物料和熱量不平衡；反之亦然。④?chē)?yán)格控制初餾塔溫度。若塔頂、塔底溫度偏低，則酚油切割不盡，影響精餾塔操作，若塔頂、塔底溫度偏高，則酚油中含萘量增加，既降低了萘的精制率，又容易堵塞酚油管道，一般由初餾塔切割的酚油含萘量應(yīng)小于。⑤嚴(yán)格控制精餾塔溫度。從塔頂切割工業(yè)萘中萘含量應(yīng)大于，從塔底側(cè)線切割而得低萘洗油中含萘量應(yīng)小于，從塔底排出的殘油含萘量應(yīng)小于。1.2設(shè)計(jì)依據(jù)本設(shè)計(jì)依據(jù)于教科書(shū)及煤化工專業(yè)相關(guān)參考文獻(xiàn)的設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)所提出的題目進(jìn)行實(shí)際工藝分析并做出相應(yīng)的理論校核計(jì)算。1.3技術(shù)來(lái)源目前，雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法大多以嚴(yán)格計(jì)算為主，也有一些簡(jiǎn)化的模型，但是嚴(yán)格計(jì)算法對(duì)于連續(xù)精餾是最常采用的，我們此次所做的校核計(jì)算也采用嚴(yán)格計(jì)算法。1.4設(shè)計(jì)任務(wù)及要求將已洗酚萘洗三混餾分作為精餾工業(yè)萘的原料。按年工作日天，每天開(kāi)動(dòng)設(shè)備小時(shí)計(jì)算，年原料處理量為。具體工藝過(guò)程為飽和液體進(jìn)料（泡點(diǎn)進(jìn)料）下的雙爐雙塔連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)。第二章雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)主體設(shè)備之一——初餾塔2.1初餾塔的選型根據(jù)設(shè)計(jì)要求下的生產(chǎn)任務(wù)，若按年工作日天，每天開(kāi)動(dòng)設(shè)備小時(shí)計(jì)算，年原料處理量為，由于產(chǎn)品粘度較小，流量較大，為減少造價(jià)，降低生產(chǎn)過(guò)程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產(chǎn)效率，則工業(yè)萘初餾塔和精餾塔宜選用浮閥塔（F1型浮閥（重閥）塔）。2.2初餾塔全塔物料衡算2.2.1已洗酚萘洗三混餾分。2.2.2為計(jì)算塔板數(shù)，根據(jù)相關(guān)資料確定的，非現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分析數(shù)據(jù)，列于表2-1中：表2-1已洗酚萘洗三混餾分的組成組分分子式沸點(diǎn)/℃相對(duì)分子質(zhì)量含量/%質(zhì)量摩爾分?jǐn)?shù)三甲苯161.21021.291.36193.51.53茚181.81162.813.244213.64對(duì)甲酚191.51080.150.18522.50.208四氫化萘2071323.453.495173.92萘21812852.2754.5784061.3硫雜茚231.51341.221.36183.51.53二甲酚2251220.190.2128.80.236喹啉237.51290.400.415600.465甲基萘24314224.6723.543702.726.1二甲基醇26315610.679.15160010.25苊2731542.942.554412.87合計(jì)——————10010015000112.12.2.3初餾塔按表2-1所列原料組成，取四氫化萘為輕關(guān)鍵組分，萘為重關(guān)鍵組分，則：原料中（四氫化萘摩爾分?jǐn)?shù)）；（萘摩爾分?jǐn)?shù)）。借鑒相關(guān)資料可設(shè)：輕關(guān)鍵組分在餾出物中的濃度為（摩爾分?jǐn)?shù)）輕關(guān)鍵組分在釜?dú)堃褐械臐舛葹椋柗謹(jǐn)?shù)）對(duì)輕關(guān)鍵組分：（2-1）根據(jù)總物料衡算：（2-2）求解得：餾出物量釜?dú)堃毫筐s出物中含四氫化萘量：餾出物中含萘量：沸點(diǎn)低于四氫化萘的各組分可以認(rèn)為全部被蒸出，沸點(diǎn)高于萘的各種餾分可以認(rèn)為全部留在釜?dú)堃褐校▽?shí)際上也接近此種情況），則可以列出初餾塔的物料平衡表，見(jiàn)表2-2：表2-2初餾塔的物料平衡表原料餾出物（塔頂產(chǎn)品）釜?dú)堃海ㄋ桩a(chǎn)品）組分摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)三甲苯1.531.361.5317.000茚3.643.243.6440.400對(duì)甲酚0.2080.1850.2082.3100四氫化萘3.923.492.8832.01.041.0萘61.354.50.7428.2460.55858.74硫雜茚1.531.36001.531.484二甲酚0.2360.21000.2360.229喹啉0.4650.415000.4650.451甲基萘26.123.540026.125.32二甲基醇10.259.150010.259.94苊2.872.55002.872.784合計(jì)112.11009100103.1100在初餾塔的初餾過(guò)程中，將原料已洗酚萘洗三混餾分中比萘輕的較低沸點(diǎn)組分，如四氫化萘、三甲苯、對(duì)甲酚、茚等組分作為酚油餾分蒸出。初餾塔殘油富集了萘及沸點(diǎn)比萘高的組分，如硫雜茚、二甲酚、喹啉、甲基萘、二甲基醇、苊等化合物。初餾殘油作為精餾階段的原料，在萘精餾段，采出工業(yè)萘產(chǎn)品，并將比萘重的組分作為精餾殘油產(chǎn)品，稱為低萘洗油。2.3初餾塔操作條件的確定2.3.1查閱相關(guān)工業(yè)萘精餾的操作指標(biāo)可設(shè)塔頂操作壓力為；塔底氣相壓力為（絕壓）。2.3.2①塔頂溫度塔頂溫度不是任意選定的，而是由塔頂餾出物的組成和塔頂總壓決定的。對(duì)于具有個(gè)組分的混合物的精餾過(guò)程，設(shè)塔頂蒸氣組成為：；同達(dá)成平衡的液相組成為：；各組分在塔頂狀態(tài)下的純態(tài)蒸氣壓為：；塔頂操作總壓為，則可以列出各組分的相對(duì)平衡方程式：（2-3）因?yàn)橄嗥胶獬?shù)：（2-4）所以對(duì)任一組分由上式可得：對(duì)于組分系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，則有下列關(guān)系：（2-5）所以（2-6）上式即為組分混合物的氣相等溫線方程式。當(dāng)搭頂餾出物組成均為已知時(shí)，根據(jù)塔頂總壓及塔頂蒸氣組成，就可以利用氣相等溫線方程式，用下述方法來(lái)確定塔頂溫度。由上式得：等式兩邊各乘以萘在塔頂溫度下的蒸氣壓，即得：或根據(jù)相平衡常數(shù)和相對(duì)揮發(fā)度的定義，即得：（2-7）綜上所述，可按下述試差法確定塔頂溫度。Ⅰ.在已知的塔頂操作壓力下，設(shè)一塔頂溫度℃；Ⅱ.查出餾出物中各種組分在所設(shè)定溫度下的純態(tài)蒸氣壓；Ⅲ.計(jì)算各組分的及值，并求出；Ⅳ.求出在所設(shè)條件下萘的相平衡常數(shù)；Ⅴ.分析計(jì)算結(jié)果：如或誤差在以內(nèi)，可認(rèn)為所設(shè)塔頂溫度可以采用；若誤差超過(guò)，則需再另設(shè)塔頂溫度，重新進(jìn)行上述全部計(jì)算過(guò)程。一般需進(jìn)行次試差計(jì)算。設(shè)塔頂溫度為℃，則本計(jì)算最后試差結(jié)果見(jiàn)表2-3：表2-3設(shè)塔頂溫度為℃時(shí)的試差結(jié)果餾出物的組成三甲苯0.17014003.180.0535茚0.40410202.320.174對(duì)甲酚0.02318601.940.0119四氫化萘0.3205801.320.242萘0.08244401.000.0824在℃時(shí)，萘的平衡常數(shù)誤差在以內(nèi)，則與值近似相等，所以塔頂溫度為℃是適宜的。②塔底溫度塔底溫度也不是任意選定的，而是由塔底的液相組成和塔底的總壓決定的，對(duì)于具有個(gè)組分的混合物的精餾過(guò)程，設(shè)塔底液相組成：；塔底操作壓力為，則可根據(jù)液相等溫線方程式來(lái)確定塔底溫度。或（2-8）上式即為個(gè)組分的混合物的液相等溫線方程式。利用此方程式，即可按試差法求得塔底溫度，如下：Ⅰ.在已知的塔底操作壓力下，設(shè)塔底溫度為℃；Ⅱ.查出塔底殘液中各組分在所設(shè)溫度下的純態(tài)蒸氣壓；Ⅲ.計(jì)算各組分的相對(duì)揮發(fā)度及值，并求出；Ⅳ.求出在所設(shè)塔底溫度條件下萘的相平衡常數(shù)；Ⅴ.分析計(jì)算結(jié)果：如或誤差在以內(nèi)，可認(rèn)為所設(shè)塔底溫度可以采用；如誤差超過(guò)，則需再另設(shè)塔底溫度，重新進(jìn)行上述全部計(jì)算過(guò)程。一般需進(jìn)行次試差計(jì)算。設(shè)塔底溫度為℃，則本計(jì)算最后試差結(jié)果見(jiàn)表2-4：表2-4設(shè)塔底溫度為℃時(shí)的試差結(jié)果釜?dú)堃旱慕M成四氫化萘0.01016131.2650.01265萘0.587412751.000.5874硫雜茚0.0148411900.930.0138二甲酚0.0022911250.880.00202喹啉0.004518100.6350.00286甲基萘0.25325950.4660.11799二甲基醇0.09945000.3920.03896苊0.027843400.8670.0241（2-9）（2-10）在℃溫度下，萘的相平衡常數(shù)而誤差在之內(nèi)，則、兩值近似相等，所以可認(rèn)為所設(shè)塔底溫度是適宜的。通過(guò)以上計(jì)算可得：初餾塔塔頂溫度為℃，塔底溫度為℃。2.3.3雖然進(jìn)料方式有多種，但是飽和液體進(jìn)料（泡點(diǎn)進(jìn)料）時(shí)進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動(dòng)的影響，塔的操作比較容易控制；此外，飽和液體進(jìn)料時(shí)精餾段和提餾段的塔徑相同，無(wú)論是設(shè)計(jì)計(jì)算還是實(shí)際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設(shè)計(jì)中采取飽和液體進(jìn)料方式。2.3.4原料在初餾塔中的初步分離，是靠初餾管式爐提供熱量產(chǎn)生沿塔上升的蒸氣，使原料中所含的酚油以氣態(tài)的形式從初餾塔頂部逸出。酚油蒸氣經(jīng)過(guò)冷凝冷卻器冷卻和油水分離器分出油和水后，分離水排入酚水處理系統(tǒng)，酚油進(jìn)入回流槽，大部分酚油作初餾塔回流，少量從回流槽滿流入酚油成品槽。初餾塔底已脫除酚油的萘洗油用熱油泵送往初餾管式爐加熱至℃，再返回初餾塔底，以油循環(huán)方式供給初餾塔熱量。2.4初餾塔所需理論塔板層數(shù)及回流比的確定2.4.1根據(jù)物料平衡數(shù)據(jù)可知：（輕關(guān)鍵組分在餾出物中的濃度）；（輕關(guān)鍵組分在釜?dú)堃褐械臐舛龋唬ㄖ仃P(guān)鍵組分在餾出物中的濃度）；（重關(guān)鍵組分在釜?dú)堃褐械臐舛龋?。為輕關(guān)鍵組分四氫化萘在塔頂和塔底溫度下相對(duì)揮發(fā)度的平均值。（2-11）根據(jù)芬斯克方程可以計(jì)算得到最小理論板數(shù)為：（2-12）所以最小理論塔板數(shù)，取塊。2.4.2求最小回流比根據(jù)前述的物料數(shù)據(jù)可知：；；；。根據(jù)恩得伍特方程計(jì)算最小回流比為：（2-13）2.4.3根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值操作回流比取為則（2-14）再查吉利蘭關(guān)聯(lián)圖（如圖2-1所示）求得實(shí)際塔板數(shù)為：（查圖表資料所得）（2-15）則取塔板效率，則初餾塔的實(shí)際塔板數(shù)為：層，取為層。圖2-1吉利蘭關(guān)聯(lián)圖2.4.4為近似地估計(jì)最適宜的加料板位置，在飽和液體進(jìn)料的情況下，可采用如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定。若精餾段及提餾段所需的理論塔板數(shù)分別為和（包括塔釜），則：（2-16）又有：兩式聯(lián)立求解，即可確定初餾塔加料板位置。將有關(guān)數(shù)據(jù)分別代入以上兩式得：解得：；。精餾段實(shí)際塔板數(shù)為：層。則加料板位置為從上向下數(shù)第層塔板，或從下向上數(shù)第層。2.5初餾塔——F1型浮閥（重閥）精餾塔主題工藝尺寸的計(jì)算2.5.1塔徑以下數(shù)據(jù)（根據(jù)前面已經(jīng)計(jì)算得出的物料數(shù)據(jù)及查閱相關(guān)煤焦油蒸餾方面的資料手冊(cè)可計(jì)算得出的數(shù)據(jù)）為設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給出的已知條件：全塔氣相平均流量：全塔氣相平均密度：全塔液相平均流量：全塔液相平均密度：物系表面張力：（萘的沸點(diǎn)為℃）欲求出塔徑應(yīng)先計(jì)算出適宜的空塔速度。由于適宜的空塔氣速，因此，需先計(jì)算出最大允許氣速即液泛氣速。液泛氣速按下式計(jì)算：（2-17）式中可由史密斯關(guān)聯(lián)圖（見(jiàn)圖2-2）查得，液泛動(dòng)能參數(shù)為：（2-18）取板間距，取板上液層高度，則關(guān)聯(lián)圖中參數(shù)值為：根據(jù)以上數(shù)值，由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得。圖2-2史密斯液泛關(guān)聯(lián)圖因物系表面張力，很接近，故無(wú)需校正，即，則（2-19）取安全系數(shù)為，則適宜空塔速度為：塔徑（2-20）按標(biāo)準(zhǔn)塔徑尺寸圓整，取。則實(shí)際塔截面積：（2-21）實(shí)際空塔速度：（2-22）安全系數(shù)：，在范圍間，故合適。圖2-3單溢流型塔板圖2-4板式塔結(jié)構(gòu)及塔內(nèi)的氣液流動(dòng)2.5.2塔高塔的高度可以由下式計(jì)算：（2-23）已知實(shí)際塔板數(shù)為層，板間距，由于料液較清潔，無(wú)需經(jīng)常清洗，故可取每隔塊板設(shè)一個(gè)人孔，則人孔的數(shù)目為：（2-24）取人孔兩板之間的間距，又取塔頂空間（包括上封頭高），塔底空間（塔底設(shè)有油槽），進(jìn)料板空間高度，裙座高度，那么，全塔高度：2.5.3溢流裝置——單溢流弓形降液管的堰長(zhǎng)選用單溢流弓形降液管（如下圖2-5所示），不設(shè)進(jìn)口堰。取堰長(zhǎng)，即。圖2-5單溢流的液流型式2.5.4弓形降液管的出口堰高（2-25）采用平直堰，堰上液層高度可依下式計(jì)算，即（2-26）近似取，又，則（如下圖2-6所示為塔板水力學(xué)性能圖）圖2-6塔板水力學(xué)性能示意圖2.5.5弓形降液管寬度和面積因?yàn)閯t由弓形降液管的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖查得：，因此，弓形降液管所占面積：弓形降液管寬度：驗(yàn)算液體在降液管的停留時(shí)間：（2-27）由于停留時(shí)間，故降液管尺寸可用。2.5.6降液管底隙高度（2-28）取降液管底隙處液體流速，的一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為。2.6塔板布置及浮閥數(shù)目與排列取閥孔動(dòng)能因子，則閥孔氣速為：（2-29）每層塔板上浮閥個(gè)數(shù)：（2-30）按所設(shè)定的尺寸畫(huà)出塔板，并在塔板的鼓泡區(qū)內(nèi)依排列方式試排，確定出實(shí)際的閥孔數(shù)。已知，選取無(wú)效邊緣區(qū)寬度，破沫區(qū)寬度，采用型重閥（如圖2-7所示），重量為，閥孔直徑為。圖2-7F-1型重閥由于塔直徑大于，故需采用分塊式塔板結(jié)構(gòu)，查表確定需分為四塊（其中兩塊弓形板、通道板和矩形板各一塊）?？紤]到各分塊的支承與銜接要占去一部分鼓泡區(qū)面積，浮閥的排列方式對(duì)分塊式塔板應(yīng)采用等腰三角形叉排。現(xiàn)按、的等腰三角形叉排方式畫(huà)出浮閥排列草圖，見(jiàn)圖2-8及圖2-9。圖2-8塔板布置圖圖2-9浮閥排列草圖由圖可知閥孔數(shù)為個(gè)，重新核算以下參數(shù)：閥孔氣速：（2-31）動(dòng)能因數(shù)：（2-32）動(dòng)能因數(shù)在之間，合適。塔板開(kāi)孔率：（2-33）開(kāi)孔率在之間，合適。2.7塔板流體力學(xué)驗(yàn)算2.7.1干板阻力（2-34）2.7.2板上充氣液層阻力本設(shè)備用來(lái)對(duì)酚萘洗三混餾分進(jìn)行初餾，液相為碳?xì)浠衔铮扇〕錃庀禂?shù)。則（2-35）2.7.3液體表面張力所造成的阻力由表面張力導(dǎo)致的阻力一般來(lái)說(shuō)都比較小，所以一般情況下可以忽略不計(jì)。2.7.4氣體通過(guò)浮閥塔板的壓強(qiáng)降(單板壓降)根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果可得，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋海?-36）則單板壓降：（2-37）（如下圖2-10所示為塔板阻力示意圖）圖2-10塔板阻力示意圖2.7.5淹塔（降液管液泛）校核為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度：，。圖2-11塔板液泛示意圖與氣體通過(guò)塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨龋ㄇ耙阉愠觯阂后w通過(guò)降液管的壓頭損失，因不設(shè)進(jìn)口堰，故可按下式計(jì)算，即（2-38）前已選定板上液層高度為：則取降液管中泡沫層相對(duì)密度，前已選定板間距，。則有：可見(jiàn)，符合防止淹塔的要求。同時(shí)應(yīng)保證液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間大于，才能使得液體所夾帶氣體的釋出。為此需進(jìn)行液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核，對(duì)于本設(shè)計(jì)有：（2-39）可見(jiàn)，液體中所夾帶的氣體能夠被釋出（如下圖2-12所示）。圖2-12降液管內(nèi)液體停留時(shí)間示意圖2.7.6霧沫夾帶驗(yàn)算——泛點(diǎn)率泛點(diǎn)率：（2-40）及（2-41）板上液體流經(jīng)長(zhǎng)度：（2-42）板上液流面積：（2-43）查得泛點(diǎn)負(fù)荷因數(shù)，物性系數(shù)。將以上數(shù)據(jù)代入：及對(duì)于大塔，為避免過(guò)量霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過(guò)，上兩式計(jì)算出的泛點(diǎn)率都在以下，故可知本設(shè)計(jì)中的霧沫夾帶量能夠滿足的要求。2.7.7嚴(yán)重漏液校核當(dāng)閥孔的動(dòng)能因數(shù)低于時(shí)將會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液，前面已計(jì)算出，可見(jiàn)不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液。圖2-13塔板漏液示意圖2.8塔板負(fù)荷性能圖2.8.1泛點(diǎn)率：（2-44）按泛點(diǎn)率為計(jì)算如下：整理得：或由上式知霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)值，依上式計(jì)算出相應(yīng)的值列于下表2-5中。據(jù)此，可做出霧沫夾帶線（如圖2-14所示）。表2-52.8.2由下式可確定液泛線：（2-45）忽略式中，將各項(xiàng)代入上式可得：因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則、、、、、、及等均為定值，而與又有如下關(guān)系，即（2-46）式中閥孔數(shù)與孔徑亦為定值，因此可將上式簡(jiǎn)化成與的如下關(guān)系式：（2-47）其中：將計(jì)算出的、、、之值代入上式方程并整理可得：在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè)值，依上式算出相應(yīng)的值列于下表2-6中。據(jù)表中數(shù)據(jù)做出液泛線（如圖2-14所示）。表2-62.8.3液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于。依下式知液體在降液管內(nèi)停留的時(shí)間為：（2-48）以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則（2-49）求出上限液體流量值（常數(shù)）。在圖上液相負(fù)荷上限線為與氣體流量無(wú)關(guān)的豎直線（如圖2-14所示）。2.8.4對(duì)于型重閥，依計(jì)算，則。又知，則得。以作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則（2-50）據(jù)此做出與液體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線（如圖2-14所示）。2.8.5取堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限條件，依的計(jì)算式計(jì)算出的下限值，依此做出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線（如圖2-14所示）。（2-51）取，則2.8.6初餾塔的塔板負(fù)荷性能圖及操作由塔板負(fù)荷性能圖可以看出：圖2-14初餾塔塔板負(fù)荷性能圖①設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的氣、液負(fù)荷下的操作點(diǎn)（設(shè)計(jì)點(diǎn)），處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。②塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。③按照固定的液氣比，可分別從圖中的、兩點(diǎn)讀得氣相負(fù)荷的上、下限為、，進(jìn)而可求得該初餾塔的操作彈性。操作彈性（2-52）2.8.7現(xiàn)將以上全部的初餾塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總列于表2-7：表2-7初餾塔（F1型浮閥塔）工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目數(shù)值及說(shuō)明備注塔徑塔高板間距塔板形式單溢流弓形降液管分塊式塔板空塔氣速溢流堰長(zhǎng)溢流堰高板上液層高度降液管底隙高度浮閥數(shù)等腰三角形叉排閥孔氣速閥孔動(dòng)能因數(shù)臨界閥孔氣速孔心距指同一橫排的孔心距排間距指相鄰二橫排的中心線距離單板壓降液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間降液管內(nèi)清液層高度泛點(diǎn)率氣相負(fù)荷上限霧沫夾帶控制氣相負(fù)荷下限漏液控制操作彈性2.9初餾塔塔體及裙座的強(qiáng)度和穩(wěn)定校核2.9.1初餾塔筒體和上、下封頭材料均選用，裙座選用。2.9.2根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給出的已知條件：設(shè)計(jì)壓力，對(duì)接焊縫系數(shù)，筒體壁厚附加量；又前已算出塔徑，則筒體壁厚：（2-53）取又知封頭壁厚附加量，取載荷組合系數(shù)，則封頭壁厚：（2-54）?。ㄉ戏忸^），（下封頭）2.9.3對(duì)于本設(shè)計(jì)中初餾塔的圓筒形塔體，不計(jì)入附加量的壁厚，則由設(shè)計(jì)壓力（內(nèi)壓）引起的軸向應(yīng)力為：（2-55）塔體與裙座銜接處截面的面積，此截面以上塔體部分的質(zhì)量，該截面處的垂直地震力，則由軸向載荷引起的軸向應(yīng)力為：（2-56）在正常操作狀態(tài)和停工狀態(tài)下，取出其中風(fēng)彎矩和地震彎矩與偏心彎矩組合后的大者，即，又該截面的抗彎斷面系數(shù)（依據(jù)塔徑與壁厚查閱相關(guān)手冊(cè)可得），則由最大彎矩引起的軸向應(yīng)力為：（2-57）綜上所述，塔體在該截面的組合軸向應(yīng)力是上述三項(xiàng)軸向應(yīng)力的總和，即：在正常操作和停工狀態(tài)下，當(dāng)組合應(yīng)力為正值時(shí)，應(yīng)滿足，其中為載荷組合系數(shù)，取，，則故可知塔體的強(qiáng)度及穩(wěn)定性在本設(shè)計(jì)的已知條件下滿足要求（即可保證其組合軸向應(yīng)力不超過(guò)許用值）。2.9.4裙座承受著彎矩和軸向載荷的聯(lián)合作用。因此也必須保證其組合軸向應(yīng)力不超過(guò)許用值。一般先參照塔體選取適當(dāng)?shù)娜棺诤?，然后?jì)算各危險(xiǎn)截面的組合軸向應(yīng)力，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整壁厚，使其滿足強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定條件。由于大部分塔設(shè)備的裙座一般不會(huì)太高，通常取同一厚度，因此裙座的危險(xiǎn)截面在裙座底部、裙座人孔或最大管線引出孔處。背風(fēng)（或地震）側(cè)裙座底部截面的組合軸向應(yīng)力為：（2-58）由上可見(jiàn)在正常操作和停工狀態(tài)下，裙座底部的組合軸向應(yīng)力能夠滿足，即可滿足不超過(guò)許用應(yīng)力值的要求。2.10各接管尺寸的確定及相應(yīng)的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算2.10.1進(jìn)料管原料液已洗酚萘洗三混餾分的平均密度：（查閱相關(guān)手冊(cè)可得）平均相對(duì)分子質(zhì)量：進(jìn)料液體積流量：（2-59）取適宜的輸送速度，故（2-60）經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：（需另行補(bǔ)強(qiáng)）實(shí)際管內(nèi)流速：（2-61）進(jìn)料管管徑已超過(guò)，故需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，本設(shè)計(jì)選擇等面積補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法。對(duì)于受內(nèi)壓的初餾塔的圓筒形塔體，所需要的最小補(bǔ)強(qiáng)面積可利用下面的公式進(jìn)行計(jì)算：（2-62）其中的值為所開(kāi)圓形孔的內(nèi)徑加倍厚度附加量（?。?，對(duì)于上述進(jìn)料管：筒體開(kāi)孔處的計(jì)算厚度：接管有效厚度（?。航庸懿牧线x用號(hào)鋼，其許用應(yīng)力，則強(qiáng)度削弱系數(shù)：（2-63）則開(kāi)孔削弱所需要的補(bǔ)強(qiáng)面積：（2-64）①有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：有效寬度：（2-65）（2-66）取以上兩值中的最大值，故。②有效高度：外側(cè)有效高度：（2-67）（實(shí)際外伸長(zhǎng)度）取以上兩值中的最小值，故；內(nèi)側(cè)有效高度：（2-68）（實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度）取以上兩值中的最小值，故。③有效補(bǔ)強(qiáng)面積：筒體有效厚度：（2-69）筒體多余金屬面積：（2-70）進(jìn)料接管計(jì)算厚度：（2-71）進(jìn)料接管多余金屬面積：（2-72）接管區(qū)焊縫面積（取焊腳為）：（2-73）有效補(bǔ)強(qiáng)面積：（2-74）④所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積：（2-75）擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。根據(jù)進(jìn)料接管公稱直徑選補(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)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。⑤補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為：（2-76）考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為。2.10.2釜?dú)堃撼隽瞎芨獨(dú)堃浩骄芏龋海ú殚喯嚓P(guān)手冊(cè)可得）釜?dú)堃旱捏w積流量：（2-77）取適宜的輸送速度，則（2-78）經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：（無(wú)需另行補(bǔ)強(qiáng)）實(shí)際管內(nèi)流速：（2-79）2.10.3回流液管回流液酚油的平均密度：（查閱相關(guān)手冊(cè)可得）回流液體積流量：（2-80）利用回流泵將酚油抽到初餾塔頂部進(jìn)行回流，選取適宜的回流速度，那么（2-81）經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：（無(wú)需另行補(bǔ)強(qiáng)）實(shí)際管內(nèi)流速：（2-82）2.10.4塔頂餾出物蒸氣上升管塔頂餾出物蒸氣的體積流量：取適宜速度，那么（2-83）經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：（需另行補(bǔ)強(qiáng)）實(shí)際管內(nèi)流速：（2-84）計(jì)算部分類同于進(jìn)料管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)（略），選取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為。2.10.5循環(huán)熱油蒸氣進(jìn)口管通入初餾塔下部的循環(huán)熱油蒸氣體積流量：取適宜速度，那么（2-85）經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：（需另行補(bǔ)強(qiáng)）實(shí)際管內(nèi)流速：（2-86）計(jì)算部分類同于進(jìn)料管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)（略），選取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為。第三章雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)主體設(shè)備之二——工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器3.1工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的工作原理工業(yè)萘結(jié)晶點(diǎn)為℃以上，溫度控制不當(dāng)或冷卻后溫度波動(dòng)，容易結(jié)晶成固體。工業(yè)萘的冷凝冷卻不宜直接用溫度低的冷水冷卻，而是用熱水冷卻。這個(gè)過(guò)程是利用熱水吸收工業(yè)萘熱量而汽化成水蒸氣。由于水汽化潛熱大大高于水的升溫?zé)岷推瘻囟鹊姆€(wěn)定，保持工業(yè)萘冷凝冷卻后溫度穩(wěn)定在℃。從而保證工業(yè)萘冷卻過(guò)程中不會(huì)因?yàn)檫^(guò)度冷卻而析出結(jié)晶，堵塞設(shè)備。這就是工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的工作原理。3.2工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的結(jié)構(gòu)及工作流程工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的結(jié)構(gòu)如圖所示。工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器分為上、下兩段，下段為工業(yè)萘蒸氣的冷凝冷卻和冷凝水汽化段，上段為汽化水汽冷凝段。上、下兩段都是固定管板式列管換熱器。工業(yè)萘汽液混合物進(jìn)入下段換熱器的上部進(jìn)口管，經(jīng)冷凝冷卻后從下段下部出口排出。冷卻用的由上段冷凝的熱水從下段底部水室進(jìn)入，冷凝水走管內(nèi)，在吸收工業(yè)萘熱量后汽化，水蒸氣在下段頂部汽室匯集，上升到上段的水汽冷凝器，水汽走管外殼程。水蒸氣被冷卻水冷凝從上段水蒸氣冷凝器下部引出，自流到下段工業(yè)萘冷凝冷卻器底部水室，循環(huán)冷凝冷卻工業(yè)萘。上段水汽冷凝的冷卻水被水室和封頭隔板分成個(gè)管程，上下折流次，將水蒸氣冷凝。工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器，熱水閉路循環(huán)，熱水水位為下段的高度。循環(huán)水量少，補(bǔ)充水量少，而且是自流循環(huán)，無(wú)需采用高壓水泵。上段冷卻水出口水溫控制在℃以下，減緩水垢生成。3.3工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的關(guān)鍵操作參數(shù)及設(shè)計(jì)條件汽化冷凝冷卻器下段萘冷凝部分傳熱系數(shù)可取，萘冷卻部分傳熱系數(shù)可取，上段水汽冷凝部分傳熱系數(shù)可取，冷凝水冷卻部分可取?？梢罁?jù)和參考以上參數(shù)計(jì)算工業(yè)萘冷凝冷卻器傳熱面積。列管選用規(guī)格為無(wú)縫鋼管。對(duì)于與萬(wàn)噸級(jí)別原料處理量相配合的工業(yè)萘精餾裝置，工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器傳熱面積是上段，下段。上段列管管長(zhǎng)，管數(shù)根，下段列管管長(zhǎng)，管數(shù)根，設(shè)備總高，直徑。冷凝冷卻器下段管程介質(zhì)：冷卻水，殼程介質(zhì)：工業(yè)萘蒸氣，換熱面積：，管程操作溫度：℃，殼程操作溫度：℃，管程操作壓力：，殼程操作壓力：，公稱直徑：，管程數(shù)：，管子尺寸：，管子根數(shù)：，換熱列管長(zhǎng)度：，管子排列形式：正三角形（因管子在管板上的排列，應(yīng)力求分布均勻、緊湊，也需要考慮清洗和整體結(jié)構(gòu)的要求，所以本設(shè)計(jì)根據(jù)需要選用正三角形排列形式。），管中心距：。冷凝冷卻器上段管程介質(zhì)：冷卻水，殼程介質(zhì)：水蒸汽，換熱面積：，管程操作溫度：℃，殼程操作溫度：℃，管程操作壓力：，殼程操作壓力：，公稱直徑：，管程數(shù)：，管子尺寸：，管子根數(shù)：，換熱列管長(zhǎng)度：，管子排列形式：正三角形，管中心距：。3.4筒體校核3.4.1筒體的校核計(jì)算由GB151-99查得，冷凝冷卻器公稱直徑=>。選其材料為16MnR，鋼板標(biāo)準(zhǔn)是GB6654。圓筒厚度計(jì)算公式: （3-1）式中Pc=2.5MPa，Di==，由GB150-98可查得焊接接頭系數(shù)=0.85，鋼材厚度大于的碳素鋼、16MnR用的射線和超聲波檢測(cè)。由GB150-98知，在設(shè)計(jì)給出的操作溫度下，查表可得=170MPa，則由GB150-98取負(fù)偏差。鋼材的厚度負(fù)偏差不大于，且不超過(guò)名義厚度的時(shí)，負(fù)偏差為零，則：設(shè)計(jì)厚度:（3-2）名義厚度:有效厚度:（3-3）由GB150-98知:（3-4）故取名義厚度合理。由GB150-98知，碳鋼在時(shí)最小厚度為，滿足要求。3.4.2水壓試驗(yàn)采用水壓試驗(yàn)的環(huán)境條件比氣壓試驗(yàn)的條件低，液體的溫和性比氣體強(qiáng)。由GB150-98，考慮筒體、封頭、接管、管板法蘭、緊固件材料，取，——容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，——容器元件材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力，——試驗(yàn)壓力，液壓試驗(yàn)時(shí):（3-5）檢驗(yàn)液壓試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜應(yīng)力:（3-6）由GB150-98查得，因，故水壓試驗(yàn)檢驗(yàn)合適。3.5管箱的選型與校核3.5.1封頭的選型及校核計(jì)算選取材料為16MnR的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。由JB/T4746-2002知，橢圓封頭是由半徑很短的橢球面圓筒組成。直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑的突變，以改善焊縫的受力狀況。由于封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力比較均勻，而且橢圓形封頭較半球形封頭小的多，易沖壓成型，是目前中、低壓力容器中應(yīng)用較多的封頭之一。由JB/T4746-2002可知，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭有，。①厚度:（3-7）由JB/T4746-2002，取，設(shè)計(jì)厚度:（3-8）名義厚度:有效厚度:（3-9）②應(yīng)力校核:（3-10）故封頭校核滿足要求。按JB/T4746-2002選取曲面高度，，如下圖3-1所示。圖3-13.5.2管箱法蘭的選型標(biāo)準(zhǔn)由JB/T4703-2000，選取材料為16MnR的長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭。由=2.5MPa，，可選取的法蘭標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3-1表3-1法蘭標(biāo)準(zhǔn)DND12001395134012981278127584hadR1854821301522323.5.3墊片的選型及應(yīng)力校核由JB/T4704-2000，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，墊片按GB/T539-1995選取耐石棉橡膠板。=2.5MPa時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)尺寸為：，。其墊片接觸寬度為:（3-11）由GB150-98取，。圖3-23.5.4等頭雙頭螺栓的選型由JB/T4707-2000取螺栓材料為35CrMoA，螺母材料為25CrMoA。且由JB/T4703-2000取螺栓規(guī)格為，伸出長(zhǎng)度為，其具體尺寸按零件圖中規(guī)定。圖3-33.6法蘭的選型及校核(以管箱法蘭為例)3.6.1墊片的選型與校核墊片參數(shù):，。墊片尺寸:，。A墊片有效寬度:（3-12）墊片有效密封寬度:（3-13）B墊片壓緊力作用中心圓直徑:由GB150-98圖9-1所示活套法蘭知，墊片壓緊力作用中心圓直徑 即是法蘭與翻邊面的平均直徑。當(dāng)時(shí)，等于墊片接觸的外徑減去，（3-14）C墊片壓緊力，由GB150-98知：①預(yù)緊狀態(tài)需要的最小墊片壓：（3-15）②操作狀態(tài)需要的最小墊片壓緊力：（3-16）3.6.2螺栓的選型與應(yīng)力校核①螺栓載荷預(yù)緊狀態(tài)需要的最小螺栓載荷：（3-17）操作狀態(tài)需要的最小螺栓載荷：（3-18）②螺栓面積預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小面積：，（3-19）由GB150-98可查得，所以：操作狀態(tài)下需要的最小面積：由GB150-98表4-7可知，（3-20）需要的螺栓面積：（取中大值）實(shí)際的螺栓面積：（3-21）故滿足要求。由GB150-98選擇密封面為凸面。圖3-4③螺栓設(shè)計(jì)載荷預(yù)緊狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷：（3-22）操作狀態(tài)螺栓設(shè)計(jì)載荷：3.6.3法蘭的選型及應(yīng)力校核計(jì)算（以管箱法蘭為例）法蘭的材料由JB4726知可選取鍛件，其中，①法蘭力矩預(yù)緊狀態(tài)下的法蘭力矩：（3-23）式中：（3-24）（）（3-25）（3-26）（3-27）而為作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力：（3-28）（3-29）為流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭截面上的流體壓力引起的軸向力之