化工原理課程設(shè)計-§5.塔結(jié)構(gòu)設(shè)計及零部件選取

化工原理課程設(shè)計第1頁共20頁§5.塔結(jié)構(gòu)設(shè)計及零部件選取§5.1塔徑計算氣相密度ρV=P頂×M/(R×T頂)=0.016×126.587×106×10-3/8.3143×(98.9304+273.15)=0.6547kg/m3 P頂=120mmHg=0.016MPaT頂KM平均分子量2.CY型填料的泛點當(dāng)量氣速WLF=2.2m/s在操作條件下75%液泛時氣速:WG=0.75×WLF×(1.2/ρV)0.5=0.75×2.2×√1.2/0.6547=2.2338m/s3.最佳動能因子F=WG×(ρV)0.5=2.2338×√0.6547=1.80744.塔徑計算DT=0.053《化學(xué)工程手冊》第13篇=0.3893mV塔頂蒸汽摩爾流率，kmol/h;M塔頂混合蒸汽分子量；T塔頂溫度，K;P塔頂壓力，mmHg。若計算得DT=0.3893m,要圓整，可取Φ530×9的無縫鋼管，也可用9mm鋼板卷制成內(nèi)徑為塔處理能力校核V’=(DT/DT)2×V=(0.5/0.3893)2×4.9228=8.12kmol/h§5.2填料層及塔節(jié)分段、塔的總高度HETP=5塊/m填料精餾段高度：精餾段理論板數(shù)N1=35塊35/5=7m分3個塔節(jié)，3個塔節(jié)都為3000mm，其中2500mm為填料層，500mm為液體再分布器等。此時，精餾段為9000mm。提餾段高度：提餾段有N2=11塊11/5=2.2m分兩個塔節(jié)，其中每個塔節(jié)為1800mm，其中1400mm為填料層，400mm為液體再分布器等。此時，提餾段為3600mm。③塔的頂部空間（指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭切線的距離）：塔頂封頭為100mm，為了減少塔頂出氣口氣體的夾帶的液體量，頂部空間取1500mm。頂部裝有液體分布器和除沫器。④進料空間為了調(diào)節(jié)進料管的進料位置，用3個進料口，在每個進料口下面加一個500mm的填料，在每個填料上方都加噴淋裝置使液體分布均勻，進料口高度為200mm。此時，進料空間為2100mm。⑤塔的底部空間高度由于釜液需停留時間h>（15%×h填料）=0.15×11.9=1.785m取h=2500mm⑥支柱高度塔底由裙座支撐∵H/DN=18.5/0.4>25∴選用圓形座圈2000mm⑦塔高H=9000+3600+1500+2100+2500+2000=20500=20.7m§5.3筒體厚度和封頭厚度筒體：DT=500mm<800mm，采用單面自動焊或手工焊并作局部透視，取Φ=0.85。選取9mm，Q235-A鋼板作外壓校核計算，負(fù)偏差C1=0.8mm，腐蝕余量CC=C1+C2=1.δe=δn-C=9-1.8=7.2L=20500-2000-200+（2/3）×100=18283.33mmD0=Di+2δe=500+2×7.2=514.4L/D0=18283.33/514.4=35.543D0/δe=514.4/7.2=71.44查圖（《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》）A=0.00012∵t=98.9304℃〈150℃∴E=2.00×105Pa[P]=2EAδe/3Do=2×2.00×105×0.00012×7.2/3×514.4=0.224MPa>0.1MPa∴選用材料為Q235-A，厚度為9mm封頭為了和筒體配合，選用Q235-A，9mmδe=7.2對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，取R=0.9Di=0.9×500=45A=0.125δe/R=0.125×7.2/450=0.002查圖得B=135MPa[P]=Bδe/R=135×7.2/450=2.16MPa〉〉0.1MPa∴用9mm鋼板沖壓封頭，封頭深度為100mm§5.4塔體結(jié)構(gòu)設(shè)計1．塔體結(jié)構(gòu)①筒體制造：選用Q235-A，厚度為9mm②法蘭選用：P≤1.6MPa，T≤300℃，選用甲型平焊法蘭JB4701-922．填料層及塔節(jié)分段螺柱：M1620個墊片：耐油石棉橡膠板外徑D=439mm，內(nèi)徑d=403mm，厚度δ=3mm。③封頭選用：選用橢圓形封頭Dg500×9，JB1154-73公稱直徑Dg曲面高度M直邊高度h內(nèi)表面積F厚度mm500125250.2239§5.5零部件選取接管口選取eq\o\ac(○,1)塔頂蒸汽管出口n=(4.9228×103)/3600=1.3674mol/s體積V=nRT/P=1.3674×8.3143×(98.9304+273.15)/0.016×106=0.2644取u=20d===0.1298m=129.8mma．選用普通無縫鋼管[2](YB231-70)DN=150mmD外=159mmδ=4.5mmL=200mmm=3.4053Kgb.選用板式平焊法蘭[3]HGJ45-91如前圖D=265mmK=225mmL=18mmn=8六角頭螺栓、螺柱Th=M16螺栓l=70螺柱l=90密封面d=202mmf1=3mmB=161mm法蘭及法蘭蓋厚度20mmc.選用橡膠石棉墊片[4]外徑202mm內(nèi)徑159mm厚度2mmeq\o\ac(○,2)進料管：以第36塊板為進料板已知進料溫度：tF=103.9726查前表得：ρOCT100℃=1.007g/cm3ρOCT110℃=0.9977g/cm3ρOCT=[(0.9977-1.007)/(110-100)]×(103.9726-100)+1.007=1.0033g/ρPCT100℃=0.9963g/cmρPCT110℃=0.9870ρPCT=[(0.9870-0.9963)/10]×(103.9726-100)+0.9963=0.9926gρm=ρOCTxf+ρPCT(1-xf)=1.0033×0.3+0.9926×0.7=0.99581g/cm3=995.81kgF=(FM)/ρm=(0.9875×126.587)/(995.81×3600)=3.487×10-5取u=1m/sdF===6.665×10-3=6.6a選用普通無縫鋼管[2]（YB231-70）DN=10mmD外=14mmδ=3b選用板式平焊法蘭[3]HGJ45-91法蘭外徑D=75mm螺栓孔中心圓直徑K=螺栓孔直徑L=11mm六角頭螺栓、螺柱、螺紋Th=M10螺栓長度l=45螺柱長度l=45密封面突面d=35mm突出高度f1=2mm法蘭及法蘭蓋高度為12c選用石棉膠板墊片[4]（HGJ69-91）外徑35mm內(nèi)徑14eq\o\ac(○,3)回流液體管Tl=98.9304℃ρOCT,100℃=1.007g/cm3ρOCT,90ρOCT=[(1.017-1.007)/10]×(98.9304-90)+1.017=1.0081gρPCT,100℃=0.9963g/cm3ρPCT,90℃ρPCT=[(1.006-0.9963)/10]×(98.9304-90)+1.006=0.9973gρm=ρOCTxD+ρPCT(1-xD)=1.0081×0.75+0.9973×0.25=1.0054gL=ML’/ρ×103×3600=(126.587×4.7301)/(1.0054×103×3600)=1.6543×10-4D===1.45×10-2m=a選用普通無縫鋼管[2](YB231-70)DN=15mmD外=18mmδ=3b選用板式平焊法蘭[3]HGJ45-91如前圖D=80mmK=55mm六角頭螺栓、螺柱Th=M10螺栓l=45mm螺柱密封面d=40mmf1=2mmc選用橡膠石棉墊片[4]D外=40mmD內(nèi)=18eq\o\ac(○,4)塔底出料管TB=105.4752℃ρOCT100℃=1.007g/cm3ρOCT110℃=ρOCT=[(0.9977-1.007)/10]×(105.4752-100)+1.007=1.0019gρPCT100℃=0.9963g/cm3ρPCT110℃=ρPCT=[(0.9870-0.9963)/10]×(105.4752-100)+0.9963=0.9912g/cm3ρm=ρOCTxw+ρPCT(1-xw)=1.0019×0.2+0.9912×0.8=0.9933g/cm3W=Mω/3600×ρm×103=(126.587×0.8079)/(3600×0.9933×103)=2.8600×10-5md===6.036×10-3m=a選用普通無縫鋼管[2](YB231-70)DN=10mmD外=14mmδ=3b選用板式平焊法蘭[3]HGJ45-91D=75mmK=50mmL=11六角頭螺栓、螺柱、螺紋Th=M10螺栓l=45mm螺柱l=密封面d=35mmf1=2mmB=c選用橡膠石棉墊片[4](HGJ69-91)D外=35mmD內(nèi)=14mmeq\o\ac(○,5)塔釜蒸汽進口管P底=143mmHg=1.9067×105PaN’=V’/3600=V/3600=1.3674V=n’RT/P=[1.3674×8.3143×(105.4752+273.15)]/1.9067×104=0.2258u=20d==)=0.1199m=a.選用普通無縫鋼管[2](YB231-70)DN=125mmD外=133mmδ=4mmb.選用板式平焊法蘭[3]HGJ45-91D=240mmK=200mmL=六角頭螺柱、螺栓、螺紋Th=M16螺栓l=70螺柱l=90密封d=178mmf1=3法蘭及法蘭蓋厚度為20c.選用橡膠石棉墊片[4](HGJ69-91)D外=178mmD內(nèi)=133mm2.其它①液體分布裝置（回流，進料）回流液體分布器本設(shè)計選用蓮蓬頭噴灑器，蓮蓬頭一般用于直徑在600mm以下的小型填料塔，其安裝位置與填料層上表面的距離，通常為（0.5~1）DN。本設(shè)計蓮蓬頭安裝在與填料層上表面的距離為300mm處。蓮蓬頭直徑d=0.25DN=100mm噴灑半角α=40小孔直徑Φ=6mm彎曲直徑R=2.5D回流管外=2.5×18=4.5mm進料液體分布器[3]本設(shè)計采用直管多孔式噴灑器。孔徑Φ=5mm，共2排。小孔面積之和約與管截面積相等，小孔數(shù)n=d2/de2=102/52=4個②液體再分布裝置[3]當(dāng)液體沿填料層由上向下流動時，常拌有液體在填料層內(nèi)由中心向四周的橫向流動發(fā)生，結(jié)果使得靠近塔壁的區(qū)域液體流量增大，而在塔的中心區(qū)域液體流量減少，為使流向塔壁的液體能重新流回塔中心部位，一般在流體流過一定高度的填料層裝置一個液體再分布器。本設(shè)計選用分配錐，分配錐結(jié)構(gòu)簡單，它是小型填料塔（如直徑小于1m）上常用的一種液體再分布器。其典型結(jié)構(gòu)如下圖：D1===335mmH=0.2Dn=0.2×400=80mm錐厚δ=4mm③柵板及支承圈[3]DN=400〈500mm采用整塊式柵板塔徑柵板支承裝置允許裝填填料高度DNRt×sh支承圈寬×厚40019930×62530×410DN④絲網(wǎng)除沫器[4]絲網(wǎng)除沫器用于分離塔體中氣體夾帶的液漏，用以保證傳質(zhì)效率，還可減少板間距。t=98.9304℃ρL=1.0054g/cm3ρV=0.6547kg/m3k=0.116v==0.116*0.8√(1.0054*103-0.6547)/0.6547=3.6354m/sQ=MV/(ρv×3600)=126.587×3.6354/(0.6547×3600)=0.1953d=√4Q/пv=√4×0.1953/(3.14×3.6354)=0.2采用不銹鋼絲網(wǎng)1Cr18Ni9TiHG5-1406-81-50H=150mm規(guī)格為140-400型金屬絲0.1×0.4mm§6.輔助設(shè)備選用1.進料預(yù)熱器2.全凝器冷卻水用量W水=3277.61160kg考慮到10%的熱損失，取冷卻水用量W水‘=W(1+10%)=3277.61160×1.1=360K=200kcal/(m2·h·℃)=836kJ/((m2·h·℃)tm=[(98.9304-20)-(98.9304-40)]/ln[(98.9304-20)/(98.9304-40)]=68.444Ac=Qc/K△tm=27.391*104/(836×68.444)=4.78選用重力回