苯-甲苯連續(xù)精餾塔機(jī)械設(shè)計

/目錄TOC\ｏ＂1－３＂\ｈ\z＼uＨYPERＬIＮK\l”_Tｏｃ3769８１485”第一章緒論 PAGEＲEＦ_Ｔoｃ３76９814８5\ｈ１ＨYPEＲLＩNＫ\l＂_Toc376981４86＂1．1設(shè)計題目?PＡＧEREF_Toc3７69814８6\ｈ1ＨYＰERLIＮＫ＼l＂＿Toc3７698１487＂1。2精餾及精餾流程?PＡGＥREF_Tｏc376９81487＼h1HYPＥＲLINＫ＼l"_Toc３7６９8１４88”1。3精餾的分類 ＰＡGEREＦ_Toｃ376９８１4８8\h1HYＰEＲLINK\l”_Ｔｏc3７6981489”１。４精餾塔的工作原理 PAＧEＲEF_Ｔoc37６981489\ｈ2HYPEＲＬＩNＫ2。1精餾塔的工藝參數(shù) PＡＧEREＦ_Toc３76９81493\h4HYＰERLINＫ\l”_Toc３76９81４94”2.2設(shè)計內(nèi)容?ＰAGＥREＦ_Ｔoc37698149４\h4ＨYPERLＩＮK\ｌ＂_Ｔoc37６981４95"２．３工藝流程設(shè)計方案 PAGERＥF＿Toc376981４９5\h５ＨYPERLＩNK\l”＿Toc3769814９6”第三章精餾塔的工藝設(shè)計計算?PＡGEREＦ＿Ｔoc3７6９81496＼ｈ6ＨYPERLINK3.１設(shè)計方案的確定?PAGＥＲEＦ_Toｃ37698149７\h6HＹPERＬINK＼l"_Tｏc３7698149８”3.2精餾塔的物料衡算 PAＧEREＦ_Toc3７6９８１498\h6HYPＥＲLINK\l”_Toc37６981499”3。2.1原料液、塔頂和塔釜產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) ３76981499＼ｈ６HＹPERLINK\l＂＿Ｔoｃ３76981５00"３.2。2原料液、塔頂和塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 PAGＥREF_Toc37698１500＼ｈ６HYPEＲＬＩNK\ｌ”_Toc3769８15０1"３.2.3物料衡算 PAＧEREF_Ｔoｃ376981501\h6HYPERＬＩNK\l＂_Ｔoc376９8１502"3.3塔板數(shù)的確定?PAGEＲEF＿Toc3769815０2＼h７HＹＰERLINＫ＼ｌ"_Toc３7698150３”3.3.１理論塔板數(shù)的確定?９8１５0３＼h７HYPERＬIＮK\l＂_Toc37６9８1５04"3．３．2求實際塔板數(shù) PAGEＲＥF_Toｃ376981５04＼ｈ10HYＰＥRＬIＮK\l”_Toc3７6981505”３．4精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 PＡGEREＦ_Toｃ3７6９815０5\h10HＹPＥRLINK\l＂＿Toc376９81５06”３．4.1操作壓力?ＰＡGEREＦ_Toc3７698150６＼h10ＨYPＥRLINK\l"_Toc３76981507”３.4。2操作溫度 ＰAGEREＦ_Toc376９81507\h１0HYＰERＬINK\l”_Tｏc３7698１50８"3.4．3平均摩爾質(zhì)量?PＡGＥREF_Toｃ376981５0８＼h10HＹPERLＩNＫ\ｌ"_Toｃ376981５09”3.4。4平均密度 PAGＥREＦ_Tｏc3769８1509\h１1HＹPERLＩNＫ＼l"_Ｔｏc376９81５10”3。4。5液相平均表面張力 PAGEＲＥF＿Ｔoc３７69815１0＼h11HＹPEＲLINK\ｌ”_Ｔoc3769815１1”3。4。6液相平均黏度?１511\h１2HYＰERLINK\ｌ”_Toc3７698151２＂３。5精餾塔的塔體工藝尺寸計算?PＡＧERＥＦ_Tｏc3７６9８1512\h12HYPEＲLIＮＫ\ｌ"＿Ｔoc３76981５13"3.5。1塔徑的計算?ＰＡＧERＥF＿Ｔｏc37６98151３\h１２HＹPERＬＩＮK\l”_Tｏc3７69８1514＂3.5。2精餾塔有效高度的計算?ＰAGEＲEＦ＿Toc376981514\h1３HYPEＲLIＮK＼ｌ”_Toc３7６9815１5＂３.6塔板主要工藝尺寸的計算?PＡGEＲEF_Toc37６９８１51５\h１4ＨＹPＥRLIＮK3.６。２塔板布置及浮閥數(shù)目與排列?ＰAGEＲＥF_Tｏc3769８１517\h１6ＨYＰERLIＮK＼l”＿Toc３７6９81518＂3。7塔板流體力學(xué)驗算?PAGEＲEF＿Ｔoc3769815１８\h１8ＨYPERＬIＮK3.7.１氣相通過浮閥塔板的壓降?PAGＥREF_Toc37６9８１5１9＼ｈ18HYPERLIＮK\l＂＿Tｏc376981５２０”3．７.2淹塔 PAＧEＲEF＿Tｏc３7６9８1５２０\h2０HＹPERＬINＫ\l”_Ｔoc376９8１５21＂3．7。3霧沫夾帶 PAGEＲＥF_Ｔoc３７６9815２1\h２0HYPERLＩNＫ＼ｌ"_Ｔoc376９８１522＂3.8塔板負(fù)荷性能圖 PＡGEREF＿Toc３7６9８15２２＼ｈ22HYPＥRＬINK\l”_Ｔoｃ３769８１５２3"3．8．１霧沫夾帶線?PAGEREF_Toｃ３76981523\ｈ22HＹPERLINK\l"＿Ｔoc３7698152４”3．8.2液泛線 PAGERＥF_Toｃ37６9８1524\h2２HYＰＥRＬＩＮK＼l”＿Tｏc３7６98１５25”3。8.3液相負(fù)荷上限線 ５2５＼h2３HＹＰERＬＩNＫ\l＂_Ｔｏc３76981５26”3．8。4漏液線?ＰAＧEREF_Toc37６98１5２6＼h２３ＨＹPＥRLＩＮK＼ｌ＂_Toc３76９81527”3．8.5液相負(fù)荷下限線 ＰＡGEREＦ＿Toc37６98１52７\h２4ＨＹPEＲLINＫ\ｌ”_Toc3７69８１528"3。9計算結(jié)果匯總 PAGEREF＿Tｏｃ3７698１528\h2５ＨYPEＲLINＫ\l”_Tｏc376981５29"第四章精餾塔機(jī)械設(shè)計?PＡＧEREF_Toc3７69８１5２9\h27HYPERLIＮK\l”_Tｏｃ3769８１53０"4.1選材 PAGＥＲEF_Toc37６98１53０\h2７HYPEＲLINK\l”_Toc376９81５31”４.2塔器壁厚及質(zhì)量計算?PAGEREF＿Toｃ3769８１531\h27HYPERLINK\l＂＿Toｃ３76９8１５32＂４．2.1塔器壁厚計算?PＡGEREF_Toc3769815３2＼ｈ27＿Toc37698１53５”4．3.1塔的基本自振周期計算 PＡＧＥREF＿Toc37698１53５＼h3２HYＰＥRLＩNK＼l"_Toｃ3７698１536＂4.3。2地震載荷計算 PAGEREF_Tｏｃ376981536\ｈ３2HYPERLＩNK＼ｌ"_Toc３76981537”4．３．3風(fēng)載荷的計算 PAGＥＲEF_Toc3７６９815３7\ｈ３５ＨYPＥRLＩNK＼l＂_Ｔoc3769８１538"4.3．4各種載荷引起的軸向應(yīng)力?PAGEＲEF_Toc３７698１538\ｈ3８HYＰERLINＫ\l＂_Toc376９8１５３9＂4。3。５筒體和裙座危險截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核 PAGEREＦ_Ｔｏc37698１539\h40HＹPERLINＫ\l＂＿Ｔｏc37６981540"4。3.6筒體和裙座水壓試驗應(yīng)力校核?PAGERＥF＿Ｔoc37６981５40＼h4１HYＰERLIＮK＼ｌ＂_Ｔoc3７69８1541”４．4基礎(chǔ)環(huán)厚度計算?PAＧEＲＥF＿Toc376981５4１\ｈ43HYPERLINＫ\ｌ”_Toc3769８154２”4。５地腳螺栓計算?PAGEREF＿Ｔoｃ３76９81542\h44HYPＥRLＩNK\ｌ”_Ｔｏc３7６981５43＂4．５.1地腳螺栓計算承受的最大壓力?ＰＡGEＲEF_Toc3769８1543＼h４４HYＰEＲＬINＫ４。6。1填料上下塔段連接部位的補(bǔ)強(qiáng)計算?PAＧEREF_Tｏc3７6981547＼h4５HＹPＥＲＬINK\l”_Toc376981５48"4．6.2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 PAGEREF_Ｔoc3７6981５48\h46ＨYPERLIＮK\l＂＿Ｔｏc376９81549＂4.6。3有效補(bǔ)強(qiáng)面積?PAＧEＲEF_Toc376981549\ｈ46HYPＥRLINK\l”_Ｔoｃ376９815５0"4.7接管的選用?PＡGERＥF＿Tｏc37698１550\h４7HＹPEＲＬＩNK\l"_Toｃ376９81551”４．8接管法蘭的選取?PAＧEREF_Toｃ3769815５1\h48ＨYPERＬINK\ｌ”＿Ｔｏｃ376981552”第五章塔設(shè)備的制造及安裝?PAGEＲEＦ_Toc３76９8１5５２＼ｈ50HＹPＥRLIＮK\l”_Tｏc376９81553"5．1制造要求 ＰＡGEREF_Tｏc37６9８１553\h５0HＹPＥＲLIＮK\l”_Ｔｏc3７６9８1554"5.２組裝要求 ＰＡGERＥF_Toc37698１554\ｈ51HYPERLINK\ｌ"_Tｏc３76981555"5。3封口前的檢查?PAＧEＲEF_Toｃ376９8１5５5\h５２HYPEＲLＩNK\ｌ"_Ｔｏc376981５5６”心得體會 PAＧEREF_Tｏc376981５5６\h5３HYPERLINK\l”_Tｏc376981557"參考文獻(xiàn)?PAGＥREF_Ｔoc37６９８1５5７＼ｈ5５第一章緒論1.１設(shè)計題目苯-甲苯連續(xù)精餾塔的工藝設(shè)計(浮閥塔）1．2精餾及精餾流程精餾是多級分離過程，即同時進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過程.因此可是混合物得到幾乎完全的分離。精餾可視為由多次蒸餾演變而來的。精餾操作廣泛用于分離純化各種混合物，是化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中尤為常見的單元操作。化工成產(chǎn)中,精餾主要用于以下幾種目的:(1）獲得餾出液塔頂?shù)漠a(chǎn)品;（２)將溶液多級分離后，收集餾出液，用于獲得甲苯,氯苯等;（３)脫出雜質(zhì)獲得純凈的溶劑或半成品，如酒精提純，進(jìn)行精餾操作的設(shè)備叫做精餾塔.精餾過程中采用連續(xù)精餾流程，原料液經(jīng)預(yù)熱器加熱到指定溫度后，送入精餾塔的進(jìn)料板,在進(jìn)料板上與自塔頂上部下降的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每層板上，回流液體與上升蒸汽互相接觸，進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過程。操作時,連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品，部分汽化，產(chǎn)生上升蒸汽,依次通過各層塔板.塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中被全部冷凝，并將部分冷凝液用泵送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)冷卻器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。根據(jù)精餾原理可知，單有精餾塔還不能完成精餾操作，必須同時擁有塔底再沸器和塔頂冷凝器,有時還有配原料液，預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備，才能實現(xiàn)整個操作。1．3精餾的分類按操作方式可分為：間歇式和連續(xù)式，工業(yè)上大多數(shù)精餾過程都是采用連續(xù)穩(wěn)定的操作過程?；ぶ械木s操作大多數(shù)是分離多組分溶液。多組分精餾的特點：=１\*GB2⑴能保證產(chǎn)品質(zhì)量,滿足工藝要求，生產(chǎn)能力大；=２\＊GB2⑵流程短，設(shè)備投資費用少;=3＼*ＧB2⑶耗能量低,收率高，操作費用低；=4\＊ＧＢ２⑷操作管理方便。1。４精餾塔的工作原理塔設(shè)備的工作原理是通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)使氣液兩相或液液之間充分接觸，實現(xiàn)質(zhì)量傳遞和熱量傳遞。它是一種重要的單元操作設(shè)備，在石油化工、煉油、醫(yī)藥及環(huán)境保護(hù)等工業(yè)部門應(yīng)用廣泛。蒸餾裝置包括精餾塔,原料預(yù)熱器,蒸餾釜（再沸器),冷凝器,釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。蒸餾過程按操作方式的不同,分為連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾兩種流程.連續(xù)蒸餾具有生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)蒸餾為主。間歇蒸餾具有操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點，適合于小規(guī)模、多品種或多種組分物系的初步分離。本設(shè)計主要內(nèi)容，主要是工藝設(shè)計部分,塔板的類型和選擇、操作壓力的選擇、精餾塔的物料衡算、確定塔高、塔徑、理論塔板數(shù)、全塔效率、塔頂及塔底產(chǎn)品的預(yù)分配、溢流裝置的設(shè)計、塔板流體力學(xué)驗算、氣相通過篩板塔的壓強(qiáng)降等.本次設(shè)計的題目是苯——甲苯連續(xù)精餾塔的工藝設(shè)計，選用篩板式塔.此塔具有生產(chǎn)能力較大、操作彈性大、液面落差也較小、壓力降小、結(jié)構(gòu)簡單、造價低等特點，發(fā)展前途廣泛,主要應(yīng)用于石油、化工、輕工、醫(yī)藥及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。１。5精餾操作的特點從上述對精餾過程的簡單介紹可知，常見的精餾塔的兩端分別為汽化成分的冷凝和液體的沸騰的傳熱過程,精餾塔也就是一種換熱器。但和一般的傳熱過程相比，精餾操作又有如下特點:(1)沸點升高精餾的溶液中含有沸點不同的溶劑,在相同的壓力下溶液的蒸汽壓較同溫度下純?nèi)軇┑钠瘔旱停谷芤旱姆悬c高于醇溶液的沸點，這種現(xiàn)象稱為沸點的升高。在加熱汽化溫度一定的情況下，汽化溶液時的傳熱溫差必定小于加熱純?nèi)軇┑募儨夭?而且溶液的濃度越高,這種影響也越顯著。(2）物料的工藝特性精餾溶液本身具有某些特性,如某些物料在加入到溶液中時可與溶液中的某一組分或幾組分形成恒沸液等。如何利用物料的特性和工藝要求，選擇適宜的精流流程和設(shè)備是精餾操作彼此需要知道和必須考慮的問題。(3)節(jié)約能源精餾汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸汽。如何充分利用熱量提高加熱蒸汽的利用率是精餾操作需要考慮的另一個問題.1。6塔板的類型與選擇塔板是板式塔的主要構(gòu)件,分為錯流式塔板和逆流式塔板兩類，工業(yè)應(yīng)用以錯流式塔板為主，常用的錯流式塔板有：泡罩塔板、篩孔塔板和浮閥塔板。我們應(yīng)用的是浮閥塔板，因為它是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它吸收了兩種塔板的優(yōu)點。它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便,造價低;塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大；由于閥片可隨氣量變化自由升降，故操作彈性大，因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時間較長，故塔板效率較高。第二章精餾塔的設(shè)計任務(wù)2。１精餾塔的工藝參數(shù)1。進(jìn)精餾塔的料液含苯3５％（質(zhì)量),其余為甲苯.2．產(chǎn)品的苯含量不得低于98％（質(zhì)量）。3.釜液中苯含量不得高于3。０％（質(zhì)量)。４．生產(chǎn)能力為年（８000小時）產(chǎn)16萬噸98％（質(zhì)量）的苯產(chǎn)品.５.操作條件（1)精餾塔塔內(nèi)壓強(qiáng)常壓（2）進(jìn)料熱狀態(tài)泡點（3)回流比自選（４）加熱蒸汽低壓飽和蒸汽（5）單板壓降≯0.7ｋPa（6)塔頂壓強(qiáng)35ｋＰａ（表壓）６.設(shè)備型式浮閥塔7.廠址為錦州地區(qū).2。2設(shè)計內(nèi)容1.確定精餾裝置流程2.精餾塔的工藝設(shè)計塔板數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查取及估算,工藝過程的物料衡算及熱量衡算，理論,塔板效率,實際塔板數(shù)，板間距，塔徑,塔高，溢流裝置，塔盤布置，流體力學(xué)驗算，操作負(fù)荷性能圖及操作彈性等等。３.精餾塔的機(jī)械設(shè)計選材，壁厚質(zhì)量計算，載荷的校核，如地震載荷風(fēng)彎距計算等，開孔補(bǔ)強(qiáng)等等。4.主要附屬設(shè)備設(shè)計計算及選型２.3工藝流程設(shè)計方案工藝流程：原料液由高位槽經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔內(nèi)。操作時連續(xù)的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(jìn)入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝,然后進(jìn)入貯槽再經(jīng)過冷卻器冷卻。并將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(jìn)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.為了便于了解操作中的情況及時發(fā)現(xiàn)問題和采取相應(yīng)的措施，常在流程中的適當(dāng)位置設(shè)置必要的儀表.比如流量計、溫度計和壓力表等，以測量物流的各項參數(shù)。第三章精餾塔的工藝設(shè)計計算3。1設(shè)計方案的確定本設(shè)計任務(wù)為分離苯和甲苯二元混合物,故采用常壓下的連續(xù)精餾裝置。本設(shè)計采用泡點進(jìn)料,將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽用全凝器冷凝，冷凝液在泡點溫度下一部分回流至塔內(nèi)進(jìn)一步精餾，其余部分作為產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送入儲罐。該物系屬易分離物系，故采用的最小回流比較小,操作回流比取最小回流比的1．５倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔釜產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入儲罐.3.2精餾塔的物料衡算3。2．1原料液、塔頂和塔釜產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)苯的摩爾質(zhì)量甲苯的摩爾質(zhì)量３．2。2原料液、塔頂和塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量3.2.3物料衡算原料處理量對苯進(jìn)行物料衡算聯(lián)立解得，3。3塔板數(shù)的確定3.3.１理論塔板數(shù)的確定苯-甲苯屬二元理想物系,采用圖解法求理論塔板數(shù)。苯-甲苯氣液平衡與溫度關(guān)系，見附表一表1－苯－甲苯氣液平衡與溫度關(guān)系表苯的摩爾分?jǐn)?shù)溫度/苯的摩爾分?jǐn)?shù)溫度/液相汽相液相汽相0．00.0110。659。27８。9８9．48.８21。2１06。1７０。０85。386。８20．037．0102．2８0.391．484。４3０。050．098．6９0.395.7８2．33９。７61．89５。29５.097．981．248.９７１。09２。11００．０1０0．080.2(1）由苯-甲苯氣液平衡數(shù)據(jù)繪圖，見附圖1。附圖1（2)求最小回流比和操作回流比由附圖1可知，，則最小回流比為操作回流比（3)求精餾塔的汽液相負(fù)荷（4）操作線方程精餾段操作線方程:提餾段操作線方程：（5）圖解法求理論塔板數(shù)由附圖１可知，總理論塔板數(shù)，其中，(不包括再沸器)。（6）估算全塔效率因塔頂為全凝器，則塔頂?shù)谝粔K塔板處氣相組成，由附圖1知第一塊塔板處液相組成，進(jìn)料板處液相組成，氣相組成，塔底液相組成，氣相組成,則塔頂、進(jìn)料板和塔底相對揮發(fā)度為解得,塔內(nèi)平均相對揮發(fā)度為由氣液平衡數(shù)據(jù)估算溫度，,則塔內(nèi)平均溫度進(jìn)料液組成，,在9４時苯和甲苯黏度分別為由法得全塔效率3。3。2求實際塔板數(shù)精餾段塔板數(shù)提餾段塔板數(shù)3.４精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算3.4．1操作壓力塔頂操作壓力進(jìn)料板處壓降塔底壓降精餾段平均壓降３.4。2操作溫度依據(jù)操作壓力，由泡點方程，通過試差計算出泡點溫度,其中，苯-甲苯的飽和蒸汽由安托尼方程計算,計算過程略，故塔頂、進(jìn)料板和塔底溫度分別為：精餾段平均溫度3。4。3平均摩爾質(zhì)量塔頂氣相和液相平均摩爾質(zhì)量,其中，.進(jìn)料板處氣相和液相平均摩爾質(zhì)量，由附圖1知，。精餾段氣相和液相平均摩爾質(zhì)量3．4.４平均密度（1）氣相平均密度由理想氣體狀態(tài)方程計算，即(２）液相平均密度液相平均密度計算公式：塔頂液相平均密度：由查得，.塔頂液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)料板液相平均密度：由查得，.進(jìn)料板液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)精餾段液相平均密度：３。4．5液相平均表面張力液相平均表面張力計算公式：塔頂液相平均表面張力:由查得，進(jìn)料板液相平均表面張力:由查得,精餾段液相平均表面張力：３．4．6液相平均黏度液相平均黏度計算公式:塔頂液相平均黏度：由查得,進(jìn)料板液相平均黏度：由查得，精餾段液相平均黏度:3.5精餾塔的塔體工藝尺寸計算3.5.1塔徑的計算（１）最大空塔氣速和空塔氣速最大空塔氣速計算公式精餾段氣、液相體積流率為由關(guān)聯(lián)圖查，其中橫坐標(biāo)為取板間距，板上液層高度,則查《化工原理課程設(shè)計》圖３-3得，則空塔氣速，取安全系數(shù)為0。6,則（2）塔徑按標(biāo)準(zhǔn)化圓整取。塔截面積為實際空塔氣速為3.5。２精餾塔有效高度的計算精餾段有效高度提餾段有效高度在進(jìn)料板、精餾段和提餾段各開一個人孔，有人孔處板間距均為0．8m，故精餾塔的有效高度塔體總高度計算公式式中—塔頂空間高度,通常取，m；—塔底空間高度,m；—塔板間距，m;—開有人孔的塔板間距，ｍ；—進(jìn)料板處空間高度,ｍ;—實際塔板數(shù),個；-人孔數(shù)目(不包括塔頂空間和塔底空間的人孔)，個。3．6塔板主要工藝尺寸的計算3．6。1溢流裝置計算單流型是最簡單也是最常用的一種液流型式，此種液流方式液體流徑較長，塔板效率較高,塔板結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，廣泛應(yīng)用于直徑2。２ｍ以下的塔中，本次結(jié)構(gòu)設(shè)計選用單溢流弓形降液管，凹型受液盤。各項工藝尺寸計算如下：（１）堰長單溢流堰長取則（2）堰高堰高計算公式選用平直堰,堰上液層高度計算公式查液流收縮系數(shù)見附圖2,其中橫坐標(biāo)附圖2—堰長,ｍ；—塔徑，ｍ;—液相流量，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，為使引起誤差滿足工程設(shè)計要求近似取,則堰高為（3）弓形降液管寬度及截面積塔板布置及主要參數(shù)見附圖3查附圖4，其中，，。驗算液體在降液管中停留時間附圖３故降液管設(shè)計合理.(4)降液管底隙高度計算公式取,則范圍內(nèi)，該值在,故降液管隙高度設(shè)計合理。附圖４3.6.2塔板布置及浮閥數(shù)目與排列浮閥的型式多樣，目前應(yīng)用最廣泛的是Ｆ1型，其結(jié)構(gòu)簡單,制造方便，性能好,省材料，對于工業(yè)生產(chǎn)的浮閥塔,當(dāng)板上所有閥剛開始全開時，閥孔動能因數(shù)在之間,取,則孔速為每層塔板上的浮閥數(shù)為取邊緣區(qū)寬度，泡沫區(qū).鼓泡區(qū)面積計算公式附圖5浮閥排列方式采用等邊三角形叉排，見附圖5.取同一橫排的孔心距，則取常用值。按，，以等腰三角形叉排方式作圖見附圖６，得實際浮閥數(shù)個,見附圖７。附圖6附圖７按重新核算孔速及閥孔動能因數(shù):閥孔動能因數(shù)變化不大，仍在范圍內(nèi)，故設(shè)計合理.塔板開孔率在范圍內(nèi)３。7塔板流體力學(xué)驗算3.7。1氣相通過浮閥塔板的壓降塔板壓降計算公式（1）干板阻力臨界孔速因,則干板壓降為(２)板上充氣液層阻力查附圖７,其中橫坐標(biāo)，得充氣系數(shù)，則板上充氣液層阻力為式中，塔板上清液層高度;充氣系數(shù)；附圖8充氣系數(shù)反映板上液層的充氣程度，通常取。當(dāng)液相為水溶液時,,當(dāng)液相為油時,，故取（3)克服表面張力所造成的阻力閥塔很小可忽略不計，故氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葹閱伟鍓航狄话愀￠y塔壓降比篩板塔大，對常壓塔和加壓塔，每層浮閥塔板壓降為,故設(shè)計合理。3。7。2淹塔為防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生,要求控制降液管中液層高度。計算公式（1）與氣體通過塔板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?。?)液體通過降液管的壓頭損失，不設(shè)進(jìn)口堰則（3）板上清液層高度取，則取,,則因為，故符合防止淹塔設(shè)計要求。3。7。3霧沫夾帶泛點率計算公式①②板上液體流經(jīng)長度板上液流面積物系系數(shù)見附表3.表３物系系數(shù)系統(tǒng)系統(tǒng)無泡沫正常系統(tǒng)氧化物中等發(fā)泡1。00.90０．８5多泡系統(tǒng)嚴(yán)重起泡形成穩(wěn)定泡沫0.730。600．30按無泡沫正常系統(tǒng)取。查泛點負(fù)荷圖,見附圖８，其中橫坐標(biāo)附圖９查得。按①式計算，即按②式計算，即兩式計算出的泛點率都在８0%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足的設(shè)計要求。3.８塔板負(fù)荷性能圖３.8。1霧沫夾帶線按按①式計算，其中泛點率取,即整理得(1）霧沫夾帶線是一條直線,在操作范圍內(nèi)任取兩個值，依（１）式求出相應(yīng)的值列于附表４中.附表4霧沫夾帶線數(shù)據(jù)0．０010。002２。９７６2．９513．8。2液泛線由確定液泛線。式中很小忽略不計,則物系及塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定,則、、、、、、及等均為定值，且式中和亦為定值。整理得：（2)在操作范圍內(nèi)任取若干個值，依(2)式求得相應(yīng)的值列于附表5中.附表5液泛線數(shù)據(jù)0。０0１20.０010．0１５0.0２4．2６1１.004。2584.25３３.8.3液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時間不低于,即求出上限液體流量值（常數(shù)），—圖上，液相負(fù)荷上限線為與氣體流量無關(guān)的豎直線。以作為液體在降液管中停留時間的下限,則(3）3.8．4漏液線對于Ｆ1型重閥，依計算，則又知,以作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn),則氣相負(fù)荷下限值為（４)３.8．5液相負(fù)荷下限線取堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限條件，計算公式為取,則（5）根據(jù)附表四、附表五及式可分別作出塔板負(fù)荷性能圖上的①～⑤共五條線,見附圖1０。附圖10由塔板負(fù)荷性能圖可以看出：在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點Ａ(設(shè)計點)處在適宜操作區(qū)域的適中位置.塔板的氣相負(fù)荷上限完全由霧沫夾帶控制。按照固定的液氣比，由附圖10查出塔板的氣相負(fù)荷上限，氣相負(fù)荷下限。則操作彈性為3.９計算結(jié)果匯總附表6浮閥塔板工藝設(shè)計結(jié)果項目數(shù)值及說明備注塔徑1。８板間距0。45塔板型式單溢流弓形降液管整塊式塔板空塔氣速0.７4堰長1．26堰高0。03板上液層高度0。0５降液管底隙高度0.０2浮閥數(shù)/個2８3等邊三角形叉排閥孔氣速5．58閥孔動能因數(shù)１0。８6臨界閥孔氣速5。84孔心距0.０75同一橫排的孔心距排間距0。０75相鄰兩橫排的中心線距離單板壓降49６.5液體在降液管內(nèi)停留時間15。67降液管內(nèi)清夜層高度0。12泛點率/%52。1%氣相負(fù)荷上限2.9５霧沫夾帶控制氣相負(fù)荷下限０.87漏液控制操作彈性3。39第四章精餾塔機(jī)械設(shè)計4.１選材由于容器設(shè)計壓力P=0。15MＰａ,鋼板使用溫度t=115.２℃＜350℃，用途用于殼體，厚度不大于20ｍm,使用毒性程度滿足Q23５－B要求，以強(qiáng)度設(shè)計為主，依次選用Ｑ235、２０R、16MｎR，根據(jù)本次設(shè)計要求，由參考文獻(xiàn)［８］,優(yōu)先選用20Ｒ作為筒體材料,其設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力[］＝123MPa,其試驗溫度下的[］=１33MPa，,裙座材料選擇Q235-B，其許用應(yīng)力[］=105ＭＰa，［］=11３MPa,，。4.2塔器壁厚及質(zhì)量計算4．2.1塔器壁厚計算由參考文獻(xiàn)［8],圓筒壁厚δ＝，封頭壁厚:=，故計算如下：已知直徑=1８００，設(shè)厚度為6～16，材料許用壓力［］=1３3ＭPａ,則：圓筒:δ==＝１。19由ＧＢ150查得：（雙面焊對接接頭，局部無損檢測）厚度附加量C＝C+Ｃ;Ｃ=1；Ｃ＝2；圓筒的設(shè)計厚度：+C＝1.19+2=３．19名義厚度：+C＝=3.１9＋１=4。19圓整得6mｍ,取厚度12mｍ。有效厚度：=－C－C=12-２-1=9滿足厚度6～16,所以符合要求。由GB1５０查得：為標(biāo)準(zhǔn)封頭取=1，封頭:＝＝1。1９+Ｃ=1.19+２＝3.19+C=3.１9+1=4.19圓整得6，取12。有效厚度，滿足厚度6~1６,符合要求。由參考文獻(xiàn)［8]知,＝１mm,=２mm，故封頭厚度為12mｍ，圓筒厚度為１2mm.裙座的名義厚度:，有效厚度,滿足厚度6～16,所以符合要求。４。2。２塔的質(zhì)量計算1、塔高的估算工藝計算中我們知道,實際板數(shù)，根據(jù)后續(xù)設(shè)計可確定以下尺寸。因為精餾段和提餾段塔板間距,則塔的有效高度：設(shè)釜液在釜內(nèi)停留時間為,查表得排出釜液流量為，液相密度為,則釜液的高度為：取=2m將進(jìn)料所在板間距增至,一般每6－８層塔板設(shè)一人孔（安裝、檢修用)，需經(jīng)常清洗時每隔3－4層塊塔板處設(shè)一人孔，設(shè)人孔處的板間距等于或大于600mm，人孔所在板的板間距增至。根據(jù)此塔實際情況，人孔設(shè)5個。此外再考慮塔頂端及釜液上方的氣液分離空間高度均取，裙座取，則各段高度之和為H(1)圓筒的質(zhì)量塔體圓筒總高度;(2）封頭質(zhì)量查得壁厚12的橢圓形風(fēng)頭的質(zhì)量為35７，(３）裙座質(zhì)量因為圓筒形裙座制造方便,經(jīng)濟(jì)合理,一般常選用圓筒形裙座（).其參數(shù)為，按圓筒計算(4)人孔、法蘭、接管與附屬物質(zhì)量（５）塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量:由表查得篩板塔盤單位質(zhì)量為。(6）保溫層質(zhì)量取保溫層厚度100,保溫材料3０0kg／,它將包住整個塔體，所以保溫層厚度為100時重量為為封頭保溫層質(zhì)量(７)平臺、附體質(zhì)量式中為平臺單位質(zhì)量，為，，為23。１5m，為籠式扶梯單位質(zhì)量，為平臺數(shù)量.（8）操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量封頭容積，塔釜深度.（9)充水質(zhì)量(1０）全塔操作質(zhì)量=++＋++塔器最大質(zhì)量塔器最小質(zhì)量表7各塔段質(zhì)量塔段號項目123４５6(ｋg)５３6142９267９．8２6７9。8２６79。822７5.8(kg）——1157.2１1５7．21１57.2１１57．2（kｇ)-88３。6883．688３。6８８３.６（kg）４080４5０。6４５0.6901．7331.3（kｇ）－700。５4８40．57211132．９308.5(kg）1342135.96７0670６70569（ｋg）71０114６０10681。7656２．2742５．25５２5.4（kg）7１011624。519423。２18558。2190０9．361２9.9(kg）71010759．54915。4491５.４536６。5４２73．14塔段長度/mm10０030005００050005０００41５04。3塔體強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核4.3。１塔的基本自振周期計算因為,所以不必考慮高振型影響.則塔的基本自振周期由下式計算：塔的第二振型自振周期近視?。核牡谌裥妥哉裰芷诮暼?4．３．２地震載荷計算1、地震影響系數(shù)一階振型地震影響系數(shù):查表得：(設(shè)防震烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.1g）表8：對應(yīng)于設(shè)防烈度值設(shè)防烈度789設(shè)計基本地震加速度0.1ｇ0.15g0。2g０.3g0.4g地震影響系數(shù)最大值0。０80。120。16０.2４0。3２查下表得：(Ⅱ類場地土，第二組表9：各類場地土的特征周期值Tｇ/s設(shè)計地震分組場地土類別IIIIIＩIV第一組0.２5０.３50．450.６５第二組０。300.400。5５０。75第三組0．350。450.650.90取一階振型阻尼比由公式得:為水平地震力曲線的下降段的衰減指數(shù)。由式得:為直線下降段斜率的調(diào)整系數(shù)。由式得:為水平地震力曲線的阻尼調(diào)整系數(shù)2、地震載荷和地震彎矩＝0．０89(2）高振型地震載荷和地震彎矩將塔沿高度方形分成6段,每段連續(xù)分布的質(zhì)量按質(zhì)量靜力等效原則分別集中于該段的兩端，端點處相鄰短的質(zhì)量予以疊加，取塔的危險截面為裙座基0—0截面，裙座人孔處1—１截面,裙座與塔體焊縫處2-２截面,見圖４-2全塔分段簡圖。各階振型下，由各集重質(zhì)量卻引起的水平地震力及危險截面處的地震彎矩計算列于表１0。式中,計算垂直地震力時，塔式容器的當(dāng)量質(zhì)量，取，垂直地震影響系數(shù)最大值，表10一階水平地震力及彎矩項目塔段號123456710114６0１０681.76５62。２７425。25525.45002000５5０0105００1550017575（)0.0014５0.01090。0５0０0．1350０。２4220.2９２40。927112.４２3480．677797.30７1618.５451454.064１2。9４28２3．9７４２112．０６22４76。95541３7．8４53４９1。10513054．913041．9１２２1７.97１01057628截面組合地震彎矩：截面組合地震彎矩：截面組合地震彎矩：4。3。3風(fēng)載荷的計算將塔沿高度方向分成6段。1、風(fēng)力計算(1）風(fēng)振系數(shù)各計算塔短的風(fēng)振系數(shù),由公式求得并將結(jié)果列于下表中表11各塔段的風(fēng)振系數(shù)項目塔段號123４56計算截面距地面高度1４81３1822.１5脈動影響系數(shù)(Ｂ類)0．720.７20。720。74０.780。8０脈動影響系數(shù)(B類)(）=2.35()錦州風(fēng)壓振型系數(shù)0。０20．030。1８0.４50。81風(fēng)壓高度變化系數(shù)(Ｂ類）1。00１．00１.001。121。241.281．０41。051.３1。7２。182。47(2)有效直徑，設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成角，取平臺構(gòu)件的投影面積,則取下式計算值中較大者式中，塔和管線的保溫層厚度，塔頂管線外徑,，計算各塔段的結(jié)果列于下表表12各塔段的有效直徑項目塔段號1234５6塔段長度10003000500０50０0500０４15040000２002０0２0024１2224２2242４24２4242４２４２４６5(3)水平風(fēng)力計算計算水平風(fēng)力的公式為,各段有關(guān)參數(shù)及計算結(jié)果列于表１3。２、風(fēng)彎矩計算由式得:對于截面：表１３各塔段水平風(fēng)力計算結(jié)果項目塔段號12３456100０３0005０００5000５０００41502224222４242４2４2424２4２4６50.71。０41．０51．３0１．702.1８2。475501.001．001．001．121.241。2８８９０.491798.１0６066．06８88４。44１2613．６７１２451。８2對于截面:對于截面:4.３。4各種載荷引起的軸向應(yīng)力1、計算壓力引起的軸向拉應(yīng)力2、重量載荷引起的軸向壓應(yīng)力截面：截面：式中，為裙座人孔處截面的截面積，由式。人孔截面:(3）最大彎矩引起的軸向應(yīng)力最大彎矩取下式計算中值較大者：截面：截面:截面:將計算結(jié)果列于下表：表1４各個截面的最大彎矩截面各危險截面的計算如下:截面：截面：式中，為裙座人孔處截面的抗彎截面系數(shù)，由式,其中截面：4.3.５筒體和裙座危險截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核１、筒體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核強(qiáng)度校核:筒體危險截面處的最大組合軸向拉應(yīng)力，:軸向許用應(yīng)力：因為,故滿足強(qiáng)度條件。２、穩(wěn)定性校核筒體危險截面處的最大組合軸向壓應(yīng)力許用軸向應(yīng)力：取其中較小值由式得:查GB15０《鋼制壓力容器》外壓圓筒計算的材料圖得?Ｂ=80則取因為，故滿足穩(wěn)定性條件.(２)裙座的穩(wěn)定新校核裙座危險截面及處的最大組合軸向壓應(yīng)力由式得查GB150外壓圓筒計算的材料圖得B=８0，則取因為且，故滿足穩(wěn)定性條件。4.3.６筒體和裙座水壓試驗應(yīng)力校核1、筒體水壓試驗應(yīng)力校核(1）由試驗壓力引起的環(huán)向應(yīng)力試驗壓力因為,故滿足要求(2)由試驗壓力引起的軸向應(yīng)力(3）水壓試驗時,重力引起的軸向應(yīng)力（4）由彎矩引起的軸向應(yīng)力(5）最大組合軸向拉應(yīng)力校核許用應(yīng)力：，故滿足要求（6)最大組合軸向壓應(yīng)力校核軸向許用壓應(yīng)力:取其中較小值取,因為，故滿足要求。2、裙座水壓試驗應(yīng)力校核（1)水壓試驗時，重力引起的軸向應(yīng)力（2)由彎矩引起的軸向應(yīng)力(3)最大組合軸向壓應(yīng)力校核軸向許用壓應(yīng)力：取其中較小值，取,因為，故滿足條件。4.4基礎(chǔ)環(huán)厚度計算1、基礎(chǔ)環(huán)尺寸由參考文獻(xiàn)［8］查得：基礎(chǔ)環(huán)外徑=＋（１6０－40０)=１８00+300=21０0基礎(chǔ)環(huán)外徑=－（16０-40０)=1800－300=1５002、基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核取其中較大值取，選用75號混凝土，其許用應(yīng)力，因為,故滿足要求.3、基礎(chǔ)環(huán)厚度按有筋板時,計算基礎(chǔ)環(huán)的厚度設(shè)地腳螺栓直徑為,，則，查表得，矩形板計算力矩按下式計算基礎(chǔ)環(huán)材料的需用應(yīng)力基礎(chǔ)環(huán)厚度：取4.5地腳螺栓計算4.5。1地腳螺栓計算承受的最大壓力故取4.５。2地腳螺栓直徑因為〉0，故此塔必須安裝地腳螺栓，取地腳螺栓的個數(shù)為個，螺栓材料的許用應(yīng)力,地腳螺栓小徑為查表取地腳螺紋為,選用2８個的地腳螺栓,滿足要求。4．５.3裙座與塔殼連接焊縫驗算由參考文獻(xiàn)［8],0．６Ｋ［]＝0．６×1。２×113=８1.36ＭPaM=０.53=,MPa＜81。３6MPa４。6開孔與孔補(bǔ)強(qiáng)計算4.6。1填料上下塔段連接部位的補(bǔ)強(qiáng)計算當(dāng)殼體名義厚度≤１2mm時，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管公稱直徑為5０mm,故對封頭及筒體開孔直徑＞５0mm的開孔,必須考慮其補(bǔ)強(qiáng)，本節(jié)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計算。等面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計方法主要用于補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)計算,基本原則是使有效補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積等于或大于開孔所削弱的金屬面積。下面以φ1800mm段筒體φ５00mm人孔為例進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計算.由參考文獻(xiàn)［8]，其補(bǔ)強(qiáng)面積為式中：—開孔直徑,等于接管內(nèi)徑直接加上２倍厚度附加量,mm；-殼體開孔處的計算厚度，ｍｍ；—接管名義厚度，mｍ;—厚度附加量，mm；-強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比，當(dāng)比值大于1。0時?。?．0。由前面壁厚計算已知：=３.77mm;封頭開孔直徑:==500＋６=50６mm；所以開孔補(bǔ)強(qiáng)面積為：＝=602.1４4.6。2有效補(bǔ)強(qiáng)范圍（1)有效寬度：mm=５０6+2×1２+2×1２=55４mm取其大值,即＝1０12mm.（2)有效高度：ａ.外側(cè)有效高度mm=20０ｍm(實際外伸高度）有效高度取其中小值，則=７７．９2mｍ。b。內(nèi)側(cè)有效高度=0mm（實際內(nèi)伸高度)有效高度取其小值，即=０mm.４。6.３有效補(bǔ)強(qiáng)面積（1）殼體多余金屬面積封頭有效厚度：封頭多余金屬面積：==3951.8６(２）接管多余金屬面積接管計算厚度：接管多余面積:==1３49．57（3）補(bǔ)強(qiáng)焊縫面積(焊腳取10mm）所以有效補(bǔ)強(qiáng)面積為：所需補(bǔ)強(qiáng)面積：==—３799．29由于所需補(bǔ)強(qiáng)面積為負(fù)值，表示該開孔不需另行補(bǔ)強(qiáng)。4．７接管的選用接管的材料選擇為20號鋼，在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力為＝133ＭPa。當(dāng)接管的公稱直徑≤１50ｍm，介質(zhì)溫度不超過2０0℃，公稱壓力不超過１．6MPａ時,可選擇