0004-Φ800甲醇精餾塔設計（CAD圖+論文+翻譯）

0004-800甲醇精餾塔設計（CAD圖+論文+翻譯）,甲醇,精餾塔,設計,cad,論文,翻譯 機械工程學院畢業(yè)設計畢業(yè)設計(論文)題 目 800甲醇精餾塔設計 學院名稱 機械工程學院 引 言甲醇（Methanol，Methyl alcohol）又名木醇，木酒精，甲基氫氧化物，是一種最簡單的飽和醇。甲醇在生活中越來越受到重視，它即可用做有機化工原料，又可用于有機合成、農(nóng)藥、醫(yī)藥、涂料、染料和國防工業(yè)等領(lǐng)域。隨著社會經(jīng)濟的快速增長，能源、環(huán)境問題日益突出，甲醇作為燃料應用的比例越來越大。近20年來，甲醇生產(chǎn)發(fā)展很快，技術(shù)不斷提高，生產(chǎn)規(guī)模逐年擴大，生產(chǎn)工藝逐步成熟，各項技術(shù)指標不斷完善，特別是近年來甲醇汽、柴油的開發(fā)和應用，使其作為代用燃料，從技術(shù)性、經(jīng)濟性上具有了很強的競爭力。預計到2015年達到7200wta，供應能力大于市場需求，競爭將會加劇，一些不具競爭力的小裝置或原料價格較高地區(qū)的甲醇裝置將關(guān)閉。根據(jù)未來甲醇裝置建設趨勢，世界甲醇的生產(chǎn)中心正在向南美、沙特、伊朗和我國轉(zhuǎn)移；同時這些國家和地區(qū)甲醇產(chǎn)品的目標市場主要是針對亞太地區(qū)和我國。合成甲醇可采用石腦油、減壓渣油、煤和天然氣為原料，在天然氣豐富的地區(qū)，前幾種原料的生產(chǎn)成本均無法與天然氣競爭。天然氣合成甲醇的各項經(jīng)濟指標要優(yōu)于其他原料，適于加壓轉(zhuǎn)化，是合成甲醇最理想的原料。20世紀80年代以來，國外甲醇裝置向大型化方向發(fā)展。甲醇的經(jīng)濟規(guī)模對投資與產(chǎn)品成本影響較大，一般來講裝置規(guī)模越大，產(chǎn)品成本越低。近10多年來，世界合成甲醇技術(shù)有了很大的發(fā)展，其趨勢為原料路線多樣化、生產(chǎn)規(guī)模大型化、合成催化劑高效化、氣體凈化精細化、過程控制自動化以及聯(lián)合生產(chǎn)普遍化。從而使合成技術(shù)更加優(yōu)化。甲醇的總生產(chǎn)成本美國為145146美 ，中東為6971美 ，美國的甲醇生產(chǎn)成本高出中東一倍；中東地區(qū)甲醇產(chǎn)品10的單位投資回報所占單位生產(chǎn)成本的比例也比美國高得多。因此，中東地區(qū)生產(chǎn)的甲醇具有很強的競爭力。建議用天然氣制甲醇的工藝路線采用ICI或Lur-gi生產(chǎn)技術(shù)。專家認為，天然氣價格在045080元 。我國天然氣制甲醇項目才有經(jīng)濟效益。甲醇的生產(chǎn)工藝過程分為合成氣(氫和一氧化碳)的制造、甲醇的合成和精制3部分。合成氣的制造根據(jù)原料的不同，有以下幾種方法：(1)天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法以天然氣為原料制合成氣生產(chǎn)甲醇，這是國內(nèi)外發(fā)展的趨勢。此法優(yōu)點是：投資少，成本低，運輸方便，操作簡單。因此，充分利用天然氣合成甲醇，是國內(nèi)外主要的發(fā)展方向。(2)煤氣化法由煤制合成氣。(3)重油部分氧化法油品(石腦油、重油、渣油等)部分氧化制合成氣的工藝，主要有德士古和殼牌兩個著名的方法。德士古系采用高壓氣化技術(shù)；殼牌系采用中壓氣化技術(shù)。目前世界上合成甲醇的工業(yè)生產(chǎn)方法有美國卜內(nèi)門(ICI)公司的低壓和中壓法，德國魯奇(Lurgi)公司的低壓和中壓法，日本三菱瓦斯化學公司MGC低壓法，丹麥托普索公司節(jié)能型低壓法以及德國巴斯夫(BASF)公司的高壓法等。我國小規(guī)模裝置主要采用高壓法，引進裝置則采用低壓法。其中川維引進ICI法，齊魯引進魯奇法。與高壓法比較低壓法的優(yōu)點是：能量消耗少，操作費用低，產(chǎn)品純度高，設備費用低，故新建廠大多采用低壓法。國內(nèi)低壓法已經(jīng)投入生產(chǎn)，并對催化劑進行了研究，已取得了好的進展。(1)德國巴斯夫公司的高壓法這是最先實現(xiàn)工業(yè)化的甲醇生產(chǎn)工藝，由于其操作條件苛刻，能耗大，成本高，所以已逐步被中、低壓法工藝所取代。(2)ICI低壓法這是目前工業(yè)上廣泛采用的合成甲醇的方法。其工藝過程為：脫硫、轉(zhuǎn)化、壓縮、合成、精餾。特點：在采用不同原料時開車簡單，操作可靠，并且不同生產(chǎn)能力的工廠均能使用離心式壓縮機，產(chǎn)品純度高，能充分利用反應熱。(3)魯奇渣油聯(lián)醇法，我國山東齊魯石化公司引進此方法。特點：熱利用率高，在能量利用方面經(jīng)濟效果大。目前低壓法合成甲醇工藝中，魯奇法和ICI法在技術(shù)上比較成熟。(4)中壓法(ICI)公司、丹麥托普索公司、日本三菱瓦斯化學公司都有成功的方法，中壓法與低壓法相比，工藝過程相同，但在投資和綜合指標上都要略高一點。我國甲醇工業(yè)的發(fā)展情況我國甲醇工業(yè)始于20世紀50年代，主要是由原蘇聯(lián)援建的以煤為原料采用高壓法鋅鉻催化劑合成甲醇技術(shù)。1957年第一套鋅鉻催化劑高壓法甲醇合成裝置在吉林化學工業(yè)公司投產(chǎn)，設計能力為100td，然后在蘭州、太原、西安等地陸續(xù)建廠投產(chǎn)。60年代上海吳涇化工廠先后自建了以焦炭和石腦油為原料的甲醇裝置；同時南京化學工業(yè)公司研究院研制了聯(lián)醇用中壓銅基催化劑，推動了具有我國特色的合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇工業(yè)的發(fā)展。自2002年年初以來，我國甲醇市場受下游需求強力拉動，以及生產(chǎn)成本的提高，甲醇價格一直呈現(xiàn)一種穩(wěn)步上揚走勢。甲醇市場價格最高漲幅超過100 ，甲醇生產(chǎn)的利潤相當豐厚，效益好的廠家每噸純利超過了1000元，因而甲醇生產(chǎn)廠家紛紛擴產(chǎn)和新建，使得我國甲醇的產(chǎn)能急劇增加。2002年，我國甲醇生產(chǎn)能力達到45Mt，產(chǎn)量為231Mt，進口18Mt，出口量為10kt，表觀消費量為41 Mt，占市場需求的56 ；2003年生產(chǎn)能力5 Mt，產(chǎn)量為3 Mt，進口量為14Mt，出口量為50kt，表觀消費量為435 Mt，占市場需求的69 ；2004年生產(chǎn)能力達到7Mt，產(chǎn)量44Mt，進口量為136Mt，出口量約30kt，表觀消費量為573Mt，占市場需求的77 ；2005年生產(chǎn)能力為10Mt，產(chǎn)量達到5 Mt，進口量為115 Mt，表觀消費量為615Mt，占市場需求的80。2006年上半年我國共生產(chǎn)甲醇34Mt比2005年同期增長297 ，下半年又有2 Mt的新建甲醇裝置陸續(xù)竣工投產(chǎn)，使得2006年我國甲醇產(chǎn)量突破7Mt大關(guān)，比2005年增加2Mt。同時，2006年我國的甲醇需求量仍將保持較高速度的增長，消費量將超過7 Mt，再創(chuàng)歷史新高。2006年我國甲醇出口(主要出口到韓國)量已超過100kt。我國現(xiàn)在已成為世界第二大甲醇消費國，同時也是甲醇生產(chǎn)增長最快的國家，并將繼續(xù)高速發(fā)展。目前國內(nèi)甲醇工業(yè)已經(jīng)是供過于求，且發(fā)展趨頭越來越“猛烈”，在未來5年內(nèi)我國甲醇產(chǎn)量將新增2630Mt，總生產(chǎn)能力將達到3640Mt。國內(nèi)許多甲醇生產(chǎn)企業(yè)將面臨巨大的生存和發(fā)展壓力。建議有關(guān)部門加強宏觀調(diào)控，適當控制國內(nèi)甲醇工業(yè)建設過熱的勢頭，應從長遠角度考慮，加大甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)力度。建議優(yōu)化甲醇資源，加大甲醇出口力度，把我國甲醇企業(yè)的注意力盡快轉(zhuǎn)移到甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)1 已知設計參數(shù)操作壓力： 常壓; 操作溫度： 120入塔物料： 甲醇; 塔高： 14.96米塔徑： 0.8米; 環(huán)境： 衡陽室外2 設計方案的確定本設計任務為分離甲醇水混合物。對于二元混合物的分離，應采用連續(xù)精餾流程。設計中采用泡點進料，將原料通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。甲醇常壓下的沸點為64.8，而本任務要求采用常壓操作，符合題意。用30的循環(huán)水進行冷凝。塔頂上升蒸汽采用全凝器進行冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲槽。因所分離物系的重組分為水，故直接采用直接蒸汽加熱方式，釜殘液直接排放。3 塔設備的選型3.1 塔型根據(jù)塔設備中塔型選擇一般原則，本設計中入塔物料有較弱腐蝕性，再結(jié)合已知的操作條件及塔徑，由表2-8塔型選擇順序表選擇填料塔，而且填料塔結(jié)構(gòu)簡單，壓力降小，傳質(zhì)效率高，便于采用耐腐蝕材料制造，過去，填料塔多推薦用于0.7m以下塔徑，近年來，隨著高效新型填料和其他高性能塔內(nèi)件的開發(fā)，以及人們對填料流體力學、放大效應及傳質(zhì)激勵的深入研究，使填料塔技術(shù)得到了迅速發(fā)展，目前，國內(nèi)外已開始利用大型高效填料塔改造板式塔，并在增加產(chǎn)量、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能等方面取得了巨大的成效。所以在塔設備的選擇上選擇填料塔更好。3.2 填料的選擇由于本塔設計為甲醇填料精餾塔，介質(zhì)為甲醇，綜合其腐蝕性、成膜性、塔體的直徑、傳質(zhì)效率及其他性質(zhì)，而矩鞍環(huán)填料具有通過能力大，壓力降低，沸液量小，容積重量輕，以及填料層結(jié)構(gòu)均勻等優(yōu)點，特別適用于真空蒸餾。最后選擇顆粒填料中的不銹鋼矩鞍環(huán)，類型為50。而由塔設備中表5-20 不銹鋼矩鞍環(huán)的特性數(shù)據(jù)得，所選填料的尺寸為50290.5，堆積個數(shù)n=11310個/m3，堆積密度為141kg/m3，比表面積為79，空隙率為0.982，干填料因子為83。3.3 填料層高度的計算及分段3.3.1等板高度計算填料層的等板高度與許多因素有關(guān)，包括流體力學因素，物理因素，熱力學因素，傳遞因素和操作因素等。至今尚未有很完善的計算公式，計算中應采用直接測定的數(shù)據(jù)或主要性質(zhì)相近的物系數(shù)據(jù)。近年來研究者通過大量數(shù)據(jù)回歸得到了常壓蒸餾時的HETP關(guān)聯(lián)式如下：lnHETP=h-1.292lnL+1.47lnL式中 HETP等板高度，mm；L液體表面張力，N/m； L液體粘度，Pa/s； h常數(shù)。在化工原理附錄2 水的物理性質(zhì)中查得，水在120時：L=548.4N/m L=237.4 Pa/s查表5-15 HETP關(guān)聯(lián)式中的常數(shù)值得：h=7.0382所以結(jié)合上式可得HETP值為1022.7mm，而本設計的塔高為14.96m，減去部分高度得填料層的大約高度為8000mm。3.3.2填料層的分段對于散裝填料，根據(jù)化工設備手冊表2-6-47散包裝填料分段高度 得矩鞍環(huán)填料塔中h/D為515，h max6m。所以精餾段分為三段，每段為2150mm；提餾段只有一段為2500mm。4 填料塔內(nèi)件的結(jié)構(gòu)設計4.1 填料支承裝置梁型氣體噴射式填料支撐板具有支撐板上開孔的自由截面積大；支撐板上氣液流通的自由截面積大，允許較高的氣液負荷；氣體通過支撐板的壓降小。這種支撐板是最好的塔填料支撐件，推薦優(yōu)先采用。支撐板結(jié)構(gòu)形式為多塊波形梁型支撐板拼裝結(jié)構(gòu)，每一塊支撐板之間用螺栓連接，整塊支撐板為可拆結(jié)構(gòu)?；ぴO備手冊表2-6-36支撐板的波形尺寸查得當塔徑DN在400-800mm時波形尺寸為192。當DN1200mm的支撐板，可不設置邊圈。由表2-6-37支撐板結(jié)構(gòu)尺寸知DN=800mm時支撐板外徑：780mm，支撐板分塊數(shù)：3，支撐圈寬度：40mm，支撐圈厚度：10mm。連接卡子由JB1119-81選卡子10，支撐板材料選擇0Cr18Ni9。填料圖1.1升氣管式填料支承板4.2 填料的壓緊與限位裝置4.2.1填料壓板當氣速較高或壓力波動較大時，會導致填料層的松動，從而造成填料層及層內(nèi)各處的裝填密度產(chǎn)生差異，引起氣液相的不良分布，嚴重時會導致散裝填料的流化，造成填料的破碎，損壞和流失，為保證填料塔正常，穩(wěn)定的操作，在填料層的上部應當根據(jù)不同的材質(zhì)的填料安裝不同填料壓緊器或填料層限位器。4.2.2填料限位器一般情況下陶瓷，石墨等脆性散裝填料適用于填料壓緊器，而金屬，塑料散裝填料則使用填料層限位器，本設計中使用的為金屬不銹鋼填料，故使用填料限位器。在選擇填料層限位器時，由于塔徑DN=800mm，故采用網(wǎng)紋孔板整體限位器，柵板、格條間的間距t=200mm，柵條、邊圈厚度s=6-10mm，選擇的材料為0Cr18Ni9，用卡子緊固，采用卡子型號為10，10為M10螺栓卡子。4.3 液體分布裝置在填料塔操作，因為液體液體的初始分布對填料塔的影響最大，所以液體分布器是填料塔最重要的塔內(nèi)件之一。液體分布器的設計應考慮液體分布點的密度，分布點的布液方式及布液的均勻等因素，其中包括分布器的結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸的確定，液位高度或壓頭大小、阻力等。為了保證液體初始分布均勻，應保證液體分布點的密度即單位面積上的噴淋點數(shù)，由于實際設備結(jié)構(gòu)上的限制，液體分布點不可能太多，常用填料塔噴淋點數(shù)可參照下列數(shù)值：DN400mm時,每30cm的塔截面設一個噴淋點；DN750mm時,每60cm的塔截面設一個噴淋點；DN1200mm時,每240cm的塔截面設一個噴淋點；由于本設計的塔徑D=800mm，所以每240cm2塔截面設一個噴淋點。而塔截面為：A=D24=5024cm所以噴淋點數(shù)為502424021個為了滿足塔徑、液流量以及均布程度的要求，本設計選取篩孔盤式分布器。由塔設備中篩孔盤式分布器可知板上的篩孔按正三角形或正方形排列，孔徑為310mm，小孔數(shù)按噴淋點數(shù)確定。根據(jù)氣體負荷大小，在分布器上安裝升氣管，升氣管的直徑不小于15mm。液體由位于分布盤上方的中心管注入盤內(nèi)，管口高于圍環(huán)上緣50200mm，本設計取160mm。塔的內(nèi)徑與分布器定位塊外廊的間隙為812mm。分布盤直徑為D=（0.850.88）D。由于塔徑為600mm 800mm1200mm，所以分布盤設計成分塊結(jié)構(gòu)，又由于每塊寬度不大于400mm，因此本設計篩孔分布器分成2塊。 99999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999根據(jù)表5-41 篩孔盤式分布器的設計參考數(shù)據(jù)可知，本設計的篩孔盤式分布器的參數(shù)為：分布盤直徑為700mm，圍環(huán)高度為175mm，液體負荷的適用范圍為0.7035.0m3/h。4.4液體收集再分布器4.4.1液體收集器斜板液體收集器自由面積大，氣體阻力小，一般不超過2.5mm水柱。因此適用于操作壓力較低，特別是真空操作，而且斜板液體收集器結(jié)構(gòu)簡單，造價低，安裝方便。本設計的工作壓力為常壓，因此采用斜板液體收集器能滿足要求。4.4.2液體再分布器本設計由于塔的直徑DN=800mm，根據(jù)各類液體分布器的使用范圍，帶升氣管盤式篩孔型液體再分布器適用塔徑DN1200mm。本設計采用多孔盤式再分布器。分布盤上的孔數(shù)按噴淋點數(shù)確定，孔徑為36mm。升氣管的尺寸應盡可能的大，其底部鋪設金屬網(wǎng)，以防填料吹進升氣管中。根據(jù)表5-56 多孔盤式再分布器的設計參考數(shù)據(jù)得，塔徑為800mm的塔所采用分布盤外徑D1=785mm，升氣管數(shù)為6。圖1.2 液 體 分 布 器5 塔設備的附件5.1 除沫器絲網(wǎng)除沫器具有比面積大，重量輕，空隙率大以及使用方便等優(yōu)點，尤其它具有除沫效率高，壓力降小的特點，從而成為一種廣為使用的除沫裝置，為了安裝與檢修方便本設計中的除沫器選用上裝絲網(wǎng)除沫器，由塔設備中表8-6上裝絲網(wǎng)除沫器的基本參數(shù)知：DN=800mm時，H=100mm，H=218mm，D=720mm，重量M=27.2kg。5.2 裙座5.2.1裙座的結(jié)構(gòu)圓筒形裙座制造方便，經(jīng)濟上合理，故廣泛使用，但對于變力情況比較差，塔徑小且很高的塔(如DN1m,H/DN25或DN1m,H/DN30)；為防止風載荷或地震載荷引起的彎矩造成塔的翻到，則需要配置較多的地腳螺栓及具有足夠大的承載面積的基礎環(huán)，此時圓筒形裙座的結(jié)構(gòu)尺寸往往滿足不了這么多的地腳螺栓的合理分布，因此只能用圓錐形。本塔的設計參數(shù)為：D=800mm，H=14.96m，H/D=14960800=18.725且塔徑小于一米，所以可選擇圓筒形裙座。5.2.2裙座與塔體的連接采用對接形式時，一般裙座筒體外徑與塔設備外徑相等時，裙座筒體與塔釡封頭的連接焊縫應采用全焊透的連續(xù)焊，且與塔封頭的外壁圓滑過度，本設計選用對接形式的全焊透的連續(xù)焊。由于橢圓封頭的厚度因橢圓封頭的壁厚為6mm，所以查表8-9 裙座筒體上端面至塔釜封頭切線距離h為35mm。5.2.3裙座的選材 裙座不直接與塔內(nèi)截止接觸，也不承受塔內(nèi)介質(zhì)的壓力，因此不受壓力容器用材的限制。可選用較經(jīng)濟的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼?？紤]到裙座要滿足載荷要求以及塔的操作情況、塔釜封頭的材料等因素，還有本塔是在室外操作的塔，還要考慮環(huán)境溫度，選擇Q235-B。5.3 地腳螺栓座外螺栓座結(jié)構(gòu)型式為常用型式，故本設計采用外螺栓座型式，外螺栓座結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)表8-11 外螺栓座結(jié)構(gòu)尺寸選取螺栓規(guī)格M273選取。圖2.1地腳螺栓座5.4 排氣管和排氣孔為了減小復試以及塔運行中有可能有氣體逸出，就會積聚在裙座與塔體封頭之間的死區(qū)中，或者是可燃的，或者是對設備有腐蝕作用，并會危及進入裙座的檢修人員。因此必須在裙座上部設置排氣管或排氣孔。因為本設計裙座不設保溫或防火層，則其上部要均勻開設排氣孔，其尺寸由表8-17 排氣孔與排氣管數(shù)量及規(guī)格 查出。因為本設計塔徑屬于6001200之間，所以排氣孔直徑為80mm，排氣孔數(shù)量為2個，一個為有保溫時的排氣孔，一個為無保溫時排氣孔排氣。孔中心距離座頂端距離為140mm。5.5 塔底接管引出孔塔釜封頭上的接管一般需要通過裙座上的通道管引到裙座的外部。引出管上應焊接支承板，支承板與通道管之間應預留間隙以考慮熱脹冷縮的需要。最小間隙C由表8-20 查得C=1.5mm。5.6 檢查孔裙座上必須開設檢查孔，以方便檢修。檢查孔有圓形和長圓形兩種，本設計采用圓形檢查孔。根據(jù)表8-15 圓形檢查孔結(jié)構(gòu)尺寸和數(shù)量 裙座直徑屬于800900mm之間，所以開設一個圓形檢查孔，直徑為450mm，為200mm，中心高為 900mm。圖2.2檢查孔5.7 塔內(nèi)和裙座內(nèi)爬梯塔上一般都設有人孔，為方便檢修人員通過人孔進入塔內(nèi)，當人孔上下兩側(cè)無可以腳蹬或無可以手扶的構(gòu)件時，人孔上下兩側(cè)應設置爬梯。當裙座內(nèi)有檢修要求時，也應在裙座內(nèi)設置爬梯。5.8 地腳螺栓為了便于布置地腳螺栓，規(guī)定地腳螺栓數(shù)為4的倍數(shù)，并由表8-24 裙座的地腳螺栓數(shù)得，裙座底部直徑為800mm的裙座最少需地腳螺栓數(shù)4個，最多為8個，本設計取個8個，其材料選擇16Mn。5.9 地腳螺栓模板為了準確地預埋地腳螺栓，并使塔安裝時容易對中。應采用地腳螺栓模板進行地腳螺栓定位，本設計中選擇螺栓間距小于800mm，因此選擇單環(huán)板地腳螺栓座可用單環(huán)板的模板。5.10 塔頂?shù)踔鶎τ谳^高的室外無框架的整體塔，在塔頂設置吊柱，對補充和更換填料，安裝和拆卸內(nèi)件是既方便又經(jīng)濟的一項設施，根據(jù)塔徑?jīng)Q定回轉(zhuǎn)半徑，由DN=800mm選用標準HT/T21639塔頂?shù)踔篠=800mm，L=3150mm，H=900mm，=16810，R=750mm，e=250mm，l=110mm。吊柱采用20號無縫鋼管。5.11 塔釜隔板5.11.1隔板厚度隔板材料一般采用Q235-A，當塔釡溫度不大于-20 C或物料有腐蝕性時，隔板材料與塔釡相同，甲醇有腐蝕性，則隔板采用16MnR，直徑DN800mm時隔板厚度取6mm，5.11.2隔板上的人孔塔釡有檢修要求時，隔板上需要設置人孔，隔板上的人孔一般為方形。5.11.3分塊式隔板由于需要除垢等原因，有些隔板需要設計成可拆式的，由于工藝要求不同，隔板形狀各異，但每塊可拆隔板應能從人孔進入。5.12 接管5.12.1液體進料管回流或液體時，要求均勻流過塔盤，回流管或液體進料管的結(jié)構(gòu)型式有直管型、兩端開口T型、兩端封死T型。本設計采用直管型。5.12.2釜液出口由于本設計中的介質(zhì)是清潔的，且為填料塔，為防止填料塔底的出料口被碎填料堵塞，應設置防碎填料擋板。釜液出口的結(jié)構(gòu)尺寸由表8-30 清潔介質(zhì)的防渦流板機構(gòu)尺寸 得5.12.3液面計接口為了見識、調(diào)整釜內(nèi)液量，塔釜上一定要設置一對液面計接口，上方接管口設置在封頭上。5.13 管口擋板5.13.1物料進口擋板由于物料有微腐蝕性，擋板選擇不銹鋼，由表2-4-21知，最小厚度t=4mm5.13.2液位計擋板液位計一般有上下兩個接口，為使上方接口處液位穩(wěn)定，以獲得準確數(shù)據(jù)，有時需要在上方接管處設置擋板。 5.14 人孔和手孔對于直徑大于800mm的填料塔，人孔可設在每段填料層的上；下方，同時兼作填料裝卸作用，本設計中人孔設在填料層上面，人孔采用HG21514標準，人孔直徑選500mm為宜，小于500mm人員進入不便。5.15 塔的保溫支撐件當塔內(nèi)操作溫度大于環(huán)境溫度且不允許散熱或防止高溫塔壁燙傷人體時，塔需要設置保溫層，本設計中操作溫度為120C，應設置表溫層。5.15.1塔壁上保溫支撐件保溫支撐件設有統(tǒng)一的標準，歸納國內(nèi)外常用保溫支撐件，本設計選用II型保溫支撐件，取保溫厚度=80mm，由表2-4-22保溫圈寬度W=60mm。5.15.2底封頭保溫支撐件常用底封頭保溫支撐件一般采用M12方螺母作為保溫支撐連接件，方螺母在兩個方向的間距約為300mm，方螺母與接管等零件相碰時，可以調(diào)整方螺母位置。5.15.3裙座防火支撐件當塔內(nèi)或周圍的容器內(nèi)的介質(zhì)是易燃易爆物料時，為使裙座在發(fā)生火災時不會因為溫度上升而是去強度，導致塔器倒塌，應考慮為裙座設置防火層，是否需要設置防火層一般有安全專業(yè)人員決定。5.16操作平臺和梯子5.16.1操作平臺操作平臺應設置在人孔，手孔，塔頂?shù)踔好嬗嫷刃枰?jīng)常檢修和操作的地方，底層平臺凈高度不小于2.0m，各層平臺間最小距也不應大于8.0m，平臺寬度為0.8-1.1m，當平臺設在手孔附近時凈寬不小于0.9m，用于檢修塔盤用的平臺，寬度最好不小于1.1m，平臺材料選用Q235-AF。5.16.2梯子不經(jīng)常使用的操作平臺，可用直梯，直梯高度一般不應超過5m，籠梯相鄰護圈的間距為1.0-1.3m，不得大于1.5m，梯子距保溫層外表面至少為200mm，梯子選用Q235-AF。6 塔設備的強度設計和穩(wěn)定校核6.1 筒體和封頭尺寸計算6.1.1根據(jù)設計壓力和液柱靜壓力確定計算壓力塔內(nèi)液柱高度僅考慮塔底至液封盤液面高度h=2.34m120C時水的密度為943.1kg/m液柱靜壓力=10=，可忽略。計算壓力6.1.2筒體厚度計算低壓容器的圓筒厚度計算式為：查過程設備設計第二版表D1鋼板許用應力在設計溫度為120時，16MnR厚度為6-16mm時許用應力為=170，查過程設備設計第二版表4-3 鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)值，在制造中采用雙面焊對接接頭和相當于雙面焊的全熔透對接接頭實行局部無損檢測，故焊接接頭系數(shù)值取0.85。將、 值代入上式得根據(jù)GB150中的規(guī)定：殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的厚度：對碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于3mm對高合金鋼制容器，不小于2mm所以本設計取=3mm圓筒設計厚度式中 為腐蝕裕量，在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，不小于1mm，故=2mm。材料為Q345R時，負偏差C=0，故C=2mm。圓筒設計厚d=+C2=3+2=5mm圓整并根據(jù)化工設備機械基礎課程設計指導書附表4-1取圓筒名義厚度為=6mm,滿足上述條件，則圓筒有效厚度=-=。6.1.3封頭的厚度計算本設計采用標準橢圓形封頭封頭厚度計算公式為：=0.277mm根據(jù)GB150中的規(guī)定：殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的厚度：對碳素鋼、低合金鋼制容器，不小于3mm對高合金鋼制容器，不小于2mm所以本設計取=3mm封頭設計厚度=+2=3+mm封頭名義厚度與圓筒一樣，取為6mm封頭有效厚度=-=6.2 載荷分析6.2.1塔設備質(zhì)量載荷計算塔設備的操作質(zhì)量:塔設備在水壓試驗時的最大質(zhì)量:塔設備在停工檢修時的最小質(zhì)量:其中 m(kg) 塔體，裙座質(zhì)量 塔段內(nèi)件質(zhì)量 保溫材料質(zhì)量（）平臺、扶梯質(zhì)量（）操作時塔內(nèi)物料的質(zhì)量 人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量 水壓試驗時充水的質(zhì)量 偏心載荷6.2.2筒體質(zhì)量已知塔體總高度為14.96m，而封頭為厚度為6mm，內(nèi)徑為800mm的標準橢圓形封頭，所以D/2h=2，D=4h, h=200mm所以圓筒總高為 H=H-2h-2=14960-400-12=14548mm 查化工設備機械基礎課程設計指導書附表4-1得一米高筒節(jié)理論質(zhì)量為119筒體質(zhì)量m1=14.548119=1731.26.2.3封頭質(zhì)量查化工設備機械基礎課程設計指導書附表4-3得公稱直徑為800mm厚度為6mm的橢圓封頭的質(zhì)量為35.14，查化工設備機械基礎課程設計指導書附表4-2 以內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓封頭的型式和尺寸 得曲邊高度為200mm，當10mm時，封頭直邊高度取25mm。封頭質(zhì)量=235.14=70.28。6.2.4裙座質(zhì)量取裙座高度為3200mm，裙座材料選Q235-A，一米高裙座理論質(zhì)量為125裙座質(zhì)量=1253.2=400所以塔體總質(zhì)量=筒體質(zhì)量+封頭質(zhì)量+裙座質(zhì)量 即=+=1731.2+70.28+400=2201.486.2.5塔段內(nèi)件質(zhì)量本設計中的塔內(nèi)件中包括了液體分布器和再分布裝置、填料、填料支承裝置、除沫器、填料壓板以及床層限制板，所以塔段內(nèi)件的質(zhì)量應為以上幾項的和。填料的質(zhì)量：由于查表得填料的單位質(zhì)量為141kg/m3，所以全部填料的總質(zhì)量為：141=566.707kg液體分布器的質(zhì)量：=216.8kg 填料支承裝置的質(zhì)量：=44kg除沫器質(zhì)量：根據(jù)以上的選擇為27.1kg。填料壓板質(zhì)量：=55.264kg所以總質(zhì)量：=566.707+216.8+44+55.264+27.2=909.971kg6.2.6保溫材料質(zhì)量取保溫層厚度為=80mm查化工設備機械基礎課程設計指導書表5-4 塔設備部分零件質(zhì)量載荷估算表得 保溫層質(zhì)量載荷為300，查化工設備機械基礎課程設計指導書附表4-2 以內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓封頭的型式和尺寸 得封頭的容積為0.0796,以保溫層外徑為內(nèi)徑的橢圓型封頭的容積為0.2307。所以=1068.593kg式中為封頭保溫層質(zhì)量6.2.7平臺、扶梯的質(zhì)量查化工設備機械基礎課程設計指導書表5-4 塔設備部分零件質(zhì)量載荷估算表得：鋼制平臺質(zhì)量，籠式扶梯質(zhì)量塔設備總高=已知高度-單個封頭高度+裙座高度=14960-400+3200=17760mm塔設備總高取為18m, 籠式扶梯總高取為HF18m，平臺數(shù)量n取4則=2577.6246.2.8操作時塔內(nèi)物料的質(zhì)量查化工設備機械基礎課程設計指導書附表4-2 得 封頭容積=0.0796m3則=1255.1596.2.9人孔、接管，法蘭等附件的質(zhì)量按經(jīng)驗取附件質(zhì)量為=0.25=0.252201.48=550.376.2.10充液質(zhì)量=5907.2796.2.11塔設備的操作質(zhì)量=2201.48+909.971+1068.593+2577.624+1255.159+550.37+0=8563.1976.2.12塔設備的最大質(zhì)量=2201.48+909.971+1068.593+2577.624+5907.279+550.37=13215.3176.2.13塔設備的最小質(zhì)量=2201.48+0.2909.971+1068.593+2577.624+550.37=6580.0616.3 自振周期的計算已知塔徑DN=800mm，塔的有效厚度=4mm，塔設備的高度H=18m，操作質(zhì)量=8563.197kg，由化工設備機械基礎課程設計指導書知塔設備的自振周期=1.15(s)6.4 風載荷與風彎矩的計算各計算段的外徑均為=800+26=812mm塔頂管線外徑：塔頂管線是氣體的出口，已知設計壓力： 0.1MPa設計溫度： 120常溫常壓下氣體密度：2.81kg/m3氣體流量：0.772 m3/s由氣體狀態(tài)方程可計算出設計溫度和設計壓力下的氣體流量 即：求得=0.086 m3/s操作氣速為=1.1m/s則，塔頂管線外徑=315.18mm,圓整后取=350mm第段保溫層厚度已知為80取管線保溫層厚度=80mm籠式扶梯當量寬度=400取各段平臺構(gòu)件的投影面積 為mm，操作平臺當量寬度塔設備迎風面的有效直徑是該段所有受風構(gòu)件迎風面的寬度總和。當籠式扶梯與塔頂管線布置成180時當籠式扶梯與塔頂管線布置成90時,取下列兩式中的較大值風壓高度變化系數(shù)可根據(jù)各計算段頂截面距地面高度查過程設備設計第二版表7-5。體型系數(shù) 風壓在不同體型的結(jié)構(gòu)表面分布亦不相同，對細長的圓柱形塔體結(jié)構(gòu)，體型系數(shù)=0.7.風振系數(shù) 風振系數(shù)是考慮風載荷的脈動性質(zhì)和塔體的動力特性的折算系數(shù)。對塔高的塔設備，取1.70。而對于塔高時，則按下式計算在此設計中，塔高=，故風振系數(shù)=1.70已求出塔設備自振周期T=1.15s，查化工設備機械基礎表17-2，近似取衡陽地區(qū)基本風壓值為350=350=462.88假設土地粗糙度類別為B類，則由值查過程設備設計第二版表7-6得脈動增大系數(shù)=2.24，查表7-7得，脈動影響系數(shù)分別為=0.72，=0.72，=0.72，=0.79第段振型系數(shù)可根據(jù)/查7-8得到各計算段的水平風力將以上討論數(shù)據(jù)整理如表1.1表1.1風載荷與風彎矩的計算計算內(nèi)容數(shù)據(jù)012233頂各計算段的外徑()812塔頂管線外徑()350第段保溫層厚度()80管線保溫層厚度()80籠式扶梯當量寬度400各計算段長度()1000200070008000操作平臺所在計算段長度()1000200070008000平臺數(shù)0013操作平臺當量寬度00257.1540各計算段的有效直徑()13721372162919121482148217392022各計算段頂截面距地面高度()131018風壓高度變化系數(shù)0.80.81.001.25體型系數(shù)0.7風振系數(shù)1.70塔設備自振周期()1.15350462.88脈動增大系數(shù)2.24脈動影響系數(shù)0.720.720.720.790.0560.1670.5561.00第段振型系數(shù)0.020.050.401.00各計算段的水平風力302.16394920.911988.4塔設備任意截面處的風彎矩按下式計算：塔設備底截面的風彎矩為 代入數(shù)值得=302.1+639（）+4920.9（）+11988.4（）=1-1截面的風彎矩為 代入數(shù)值的得=639（）+4920.9（）+11988.4（）=2-2截面的風彎矩為 帶入數(shù)值得=4920.9（）+11988.4（）=6.5 地震載荷與地震彎矩的計算當發(fā)生地震時，塔設備作為懸臂梁，在地震載荷作用下產(chǎn)生彎曲變形。安裝在七度或七度以上地震烈度地區(qū)的塔設備必須考慮它的抗震能力，計算出它的地震載荷。首先，選取計算截面（包括危險截面）。該課題中將全塔分為4段。其計算截面分別為0-0、1-1、2-2、3-3，其中0-0、1-1、2-2為危險截面。由過程設備設計第二版表7-9取第二組類場地土的特性周期為=0.30由過程設備設計第二版表7-10取設防烈度為8時地震影響系數(shù)最大值為=0.16。地震影響系數(shù)按計算，即=0.0477設等直徑、等壁厚塔設備的任意截面距地面的高度為，基本振型在截面處產(chǎn)生的地震彎矩為式中為塔單位高度上的質(zhì)量即當塔設備H/D15或H20m時，還需考慮高振型的影響，這時應根據(jù)第一、二、三振型，分別計算其水平地震力及地震彎矩。然后根據(jù)振型組合的方法確定作用于質(zhì)點處的最大地震力及地震彎矩。這樣的計算方法很復雜，所以在進行穩(wěn)定和其他驗算時，可按一種簡化的由第一振型的計算結(jié)果估算地震彎矩的近似算法即計算由此可得底截面處地震彎矩=1.250.50.04778563.1979.8118000=2.06107Nmm截面1-1處地震彎矩1.90107Nmm截面2-2處地震彎矩107Nmm6.6 偏心彎矩該塔設備中無再沸器，故偏心彎矩為0。6.7 最大彎矩最大彎矩取和兩者中的較大值計算數(shù)據(jù)如表1.2表1.2最大彎矩選擇計算內(nèi)容計算公式及數(shù)據(jù)00截面11截面22截面2.0 最大彎矩2.06.8 強度校核6.8.1圓筒軸向力校核和圓筒穩(wěn)定校核由設計壓力引起的軸向應力=3.3此應力只存在于筒體，裙座上由設計壓力引起的軸向力為0操作質(zhì)量引起的軸向應力=5.57最大彎矩引起的軸向應力，由此式可計算出：0-0截面上最大彎矩引起的軸向應力66.351-1截面上最大彎矩引起的軸向應力60.72-2截面上最大彎矩引起的軸向應力49.43查過程設備設計第二版附表D1的設計溫度下16MnR的許用應力為170，Q235-A的許用應力為113載荷組合系數(shù)等于1.2系數(shù)=0.00141根據(jù)A值查過程設備設計第二版圖4-7得16MnR在設計溫度下的系數(shù)B=118，Q235-A在設計溫度下的系數(shù)B=93，許用軸向壓應力取KB和K中較小值對內(nèi)壓容器圓筒最大組合壓應力，最大組合拉應力K就滿足要求數(shù)據(jù)整理如表2.1表2.1圓筒組合應力計算及校核計算內(nèi)容計算數(shù)據(jù)001122B9393118KB 111.6111.6141.6K 135.6135.6204K 115.26115.26173.4 111.6111.6141.6圓筒最大組合壓應力（）71.9258.4355滿足要求圓筒最大組合拉應力（）64.0858.4347.16K滿足要求6.8.2塔設備壓力實驗時的壓力校核由上已知設計壓力P=0.1，進行壓力試驗時，試驗壓力=1.250.1=0.125查過程設備設計第二版附表D1得 筒體常溫屈服點=3452-2截面=0.91.2345=372.62-2截面=1.2118=141.6筒體的許用軸向壓應力取及中較小值即=141.6由試驗壓力引起的周向應力當試驗介質(zhì)為水時，=0.001，單位轉(zhuǎn)換成的液柱靜壓力為，式中為1800，所以=0.183=20.69（滿足要求）試驗壓力引起的軸向應力=4.17重力引起的軸向應力=7.57彎矩引起的軸向應力=14.83壓力試驗時最大組合壓應力=7.56+14.83=22.39=141.6壓力試驗時最大組合拉應力=4.17-7.57+14.83=11.43=141.66.8.3裙座軸向應力校核塔設備常采用裙座支承。被設計中選擇圓筒形裙座，圓筒形裙座軸向應力校核首先選取裙座危險截面。危險截面的位置，一般取裙座底截面（0-0）或裙座檢查孔（人孔）和較大管線引出孔（）界面處。然后按裙座有效厚度驗算危險截面的應力。（0-0）截面處（0-0）截面積=8006=15072（0-0）截面系數(shù)=3.014由前面計算知，=111.6，=135.6裙座許用軸向應力取以上兩者中較小值為111.6（1） 座體操作時底截面的最大組合軸向壓應力應滿足如下條件：裙座許用應力，其中僅在最大玩具為地震彎矩參與組合時計入此項。故，在此， =71.92111.6，滿足要求檢查孔加強管長度取為120，檢查孔加強管水平方向的最大寬度取為450檢查孔加強管厚度取與筒體壁厚一致為6=21206=14401-1截面處裙座筒體截面積=9232=3.171-1截面處裙座筒體截面系數(shù)=1-1截面組合應力操作時底1-1截面的最大組合軸向壓應力應滿足如下條件裙座許用應力，其中僅在最大玩具為地震彎矩參與組合時計入此項。故，在此， =108.67111.6，滿足要求水壓試驗時，最大組合軸向壓應力應滿足如下條件：裙座許用應力=43.7111.6，滿足要求6.8.4基礎環(huán)和地腳螺栓設計及校核群座內(nèi)徑=800裙座外徑=800+26=812基礎環(huán)內(nèi)外徑計算公式分別為=800+300=1100=800-200=500其中基礎環(huán)截面系數(shù)=基礎環(huán)面積=mm基礎環(huán)伸出寬度=144基礎環(huán)伸出部分平均周長為=300184地腳螺栓承受的最大拉應力取=和=中的較大值。其中僅在最大玩具為地震彎矩參與組合時計入此項。=故基礎環(huán)地腳螺栓承受的最大拉應力=1.170，塔設備必須設計地腳螺栓。先將地腳螺栓個數(shù)取為20（4的倍數(shù)）材料選擇Q235。對于Q235，取許用應力=147地腳螺栓腐蝕裕量取為3則地腳螺栓螺紋小徑=+3=25.21故取地腳螺栓滿足要求20個地腳螺栓均布排列，每一個地腳螺栓兩側(cè)，基礎環(huán)與蓋板之間要設置筋板，相鄰兩筋板最大外側(cè)間距取為120基礎環(huán)材料許用應力：對于低碳鋼材料取為140。水壓試驗時的壓應力=1.71操作時壓應力=0.65混凝土基礎上的最大壓力取以上兩者中的最大值，即：=1.2=1.2，由表5-11知對軸的彎矩=-2999.8負號表示方向?qū)S的彎矩=2757.89計算力矩取以上兩者中大值 即：=2999.8故，有筋板時基礎環(huán)厚度=11.3mm無論有筋板或無筋板側(cè)基礎環(huán)厚度都不得小于，故 此設計中取基礎環(huán)厚度6.8.5筋板設計及校核筋板的許用應力按如下公式計算當時，當時筋板細長比，且不大于250式中為慣性半徑，對長方形截面的筋板取， 筋板長度=205，故筋板細長比=16.38臨界細長比，式中為筋板材料的許用應力，對低碳鋼材料取140E為近半材料彈性模量，E=2.1所以=15.7， 故=35.63筋板的壓應力可按下式計算 ，式中為一個地腳螺栓承受的最大拉力，可用式計算，=56.9kN為對應一個地腳螺栓的筋板個數(shù)，取=2故選支座號為3的型筋板，筋板寬度=125，筋板厚度為=8，筋板長度=205故=17.3筋板的壓應力筋板的許用應力，滿足要求。6.8.6蓋板設計及校核環(huán)形蓋板的最大應力按下式計算無墊板時有墊板時式中-墊板上地腳螺栓孔直徑，；=27蓋板上地腳螺栓直徑，；=40筋板寬度，；=125筋板內(nèi)側(cè)間距，；=120墊板寬度，；=50蓋板厚度，；=16墊板厚度，。=12一般環(huán)形蓋板厚度不小于基礎環(huán)厚度。無墊板時=23.5有墊板時=20.4蓋板最大應力應等于或小于蓋板材料的許用應力，即。對低碳鋼蓋板的許用應力=140，由計算結(jié)果可知=140，滿足要求。6.8.7裙座與塔殼的對接焊縫截面2-2即裙座與塔殼對接焊縫截面，此處的剪應力按下式校核：其中僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合式計入此項。式中-裙座頂截面內(nèi)直徑，=800-設計溫度下焊接接頭的許用應力，取兩側(cè)母材許用應力的小值，即=113=65.78=0.61.2113=81.36，滿足要求。6.8.8接管計算由前面計算已知，塔頂管線外徑為350，即進氣口與排氣口的公稱直徑為350，查化工設備機械基礎課程設計指導書附表4-13，選擇對應補強圈尺寸為外徑為620，內(nèi)徑按補強圈坡口類型確定。厚度取8進液口公稱直徑=式中為液體流速，參照化工原理取低粘度流體在管道中的流速，=3故 =1000=27.1，故取進液管直徑=50，考慮液體流下時速度會增加，取出料口直徑各接管選取如表2.2表2.2接管符號公稱直徑連接面形式用途符號公稱直徑連接面形式用途450人孔100突面回流口32突面溫度計25突面取樣口350突面進氣口15突面液面計100突面加料口80突面出料口25突面壓力計500突面人孔350突面排氣口參考文獻1汪鎮(zhèn)安，化工工藝設計手冊【M】.北京：化學工業(yè)出版社，20032譚蔚. 化工設備設計基礎【M】.天津：天津大學出版社，20073賈紹義，柴誠敬. 化工原理課程設計【M】.天津：天津大學出版社，20004曲文海. 壓力容器與化工設備實用手冊（上、下）【M】.北京：化學工業(yè)出版社,20005鄭津洋, 董其伍, 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Heat from the distillation process full use; improve the separation efficiency of distillation systems, improve product recovery to achieve lower energy consumption; reduce the energy needs of the distillation process and the strengthening of management aspects, discusses in detail the energy-saving technology of distillation process.Keywords: distillation; energy1 IntroductionIn industrial production, petrochemical industry, the largest proportion of energy consumption, while energy consumption in the petrochemical industry for the greatest separation operation, among which the energy consumption of distillation the first place. Distillation process is a complex heat and mass transfer process, as follows: the process of multi-variable, controlled variable and more controllable variables are many; process and mechanism of complex dynamic. First, with the rapid development of petrochemical industry, distillation is more and more widely, increasing separation of the components of materials, separation of the product purity requirements are being improved, but people also do not want to consume too much energy, which the control of the distillation process to make a request. Secondly, as a chemical production process of the most widely separated, large energy-consuming distillation is a chemical unit operation. In the actual production in order to ensure qualified products, distillation unit operation is often conservative, methods of operation and operating parameters are often less reasonable. In addition, because the energy consumed most of the distillation process is not used for component separation, but was taken away by cooling water or separate components.