0014-年處理量9萬(wàn)噸苯-甲苯精餾浮閥塔設(shè)計(jì)（CAD圖+論文+翻譯）

0014-年處理量9萬(wàn)噸苯-甲苯精餾浮閥塔設(shè)計(jì)（CAD圖+論文+翻譯）,處理,萬(wàn)噸苯,甲苯,精餾,浮閥塔,設(shè)計(jì),cad,論文,翻譯 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)學(xué) 院： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 題 目： 年處理量9萬(wàn)噸苯甲苯精餾浮閥塔設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求：一、 已知設(shè)計(jì)參數(shù)： 1.處理量：90000t/a (300天)料液組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：25% 塔頂產(chǎn)品組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：98%2.塔頂易揮發(fā)組分回收率：99%操作條件：操作壓力：101.3KPa(塔頂表壓) 進(jìn)料狀態(tài)：泡點(diǎn)進(jìn)料（q=1）加熱方式：間接蒸汽加熱 單板壓降：0.8KPa 環(huán)境：衡陽(yáng)室外二、 設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)工作量要求： （1）按所給設(shè)計(jì)參數(shù)完成分離塔的施工圖設(shè)計(jì); （2）繪制設(shè)計(jì)圖紙總計(jì)3張零號(hào)以上，其中要求手工繪圖1張壹號(hào)以上； （3）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)字?jǐn)?shù)不少于1.5萬(wàn)字，并要求統(tǒng)一用A4紙打??； （4）翻譯3千左右漢字量的與畢業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)的英文資料； （5） 撰寫(xiě)相當(dāng)于3百漢字的英文摘要。三、 主要參考資料:化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)（塔設(shè)備）化工原理化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)GB150-1998鋼制壓力容器 指導(dǎo)老師： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目年處理9萬(wàn)噸苯甲苯精餾浮閥塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（論文）題目來(lái)源自選設(shè)計(jì)（論文）題目類(lèi)型工程設(shè)計(jì)起止時(shí)間2011.1.4-2011.5.31一、 設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)及研究意義：本設(shè)計(jì)依據(jù)化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)、GB150-1998鋼制壓力容器、JB4710-92鋼制塔式容器以及HG20562-1998塔設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定進(jìn)行。本設(shè)計(jì)的作用在于分離化工生產(chǎn)中常用到的兩種重要化工原料苯和甲苯，意義重大。綜合考慮分離效率、生產(chǎn)制造成本、安裝及維護(hù)等因素，本設(shè)計(jì)采用篩板式精餾塔。二、 設(shè)計(jì)（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)（技術(shù)方案、路線(xiàn)）：本設(shè)計(jì)主要從化工工藝、材料選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及塔的機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)路線(xiàn)：分離任務(wù)工藝流程描繪工藝計(jì)算材料選型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)塔的機(jī)械設(shè)計(jì)附屬設(shè)備選型。預(yù)期目標(biāo)：希望通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)能培養(yǎng)出獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力，為以后的工作打下好的基礎(chǔ)，更好的與社會(huì)接軌。三、設(shè)計(jì)（論文）的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)：重點(diǎn)是：依據(jù)分離任務(wù)進(jìn)行分離工藝的計(jì)算確定塔體和塔板的工藝尺寸，由塔的操作條件完成塔體和裙座的厚度計(jì)算，由塔的安裝環(huán)境對(duì)塔進(jìn)行強(qiáng)度校核。難點(diǎn)：一、分離效率的保證二、塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)四、設(shè)計(jì)（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）：1月6日至2月15日：了解我們所要設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置，為進(jìn)行設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備； 2月16日至2月28日：進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)；寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告； 2月28日至3月18日：查閱資料，找設(shè)計(jì)依據(jù)，理出設(shè)計(jì)思路； 3月18日至4月24日：具體的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，求得設(shè)計(jì)的各種依據(jù)； 4月25日至5月25日：設(shè)計(jì)，畫(huà)出設(shè)計(jì)圖紙； 5月26日至5月28日；整理圖紙，進(jìn)行打?。慌虐嬖O(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 5月29日至5月31日：準(zhǔn)備答辯。五、進(jìn)行設(shè)計(jì)（論文）所需條件： 1、要有充分的資料（與塔設(shè)備有關(guān)、與分離工藝有關(guān)）。 2、到相關(guān)單位進(jìn)行實(shí)習(xí)，了解塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)過(guò)程中的各種控制方案和原理。 3、設(shè)計(jì)所需設(shè)計(jì)方法、軟件、工具等。六、指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 簽名： 年 月 日機(jī)械學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要：在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護(hù)等工業(yè)部門(mén)，塔設(shè)備是一種重要的單元操作設(shè)備。它可以實(shí)現(xiàn)氣（汽）-液相或液-液相之間的充分接觸，從而達(dá)到相際間進(jìn)行傳質(zhì)及傳熱的目的。苯和甲苯都是化工生產(chǎn)中的重要原料。因此，將苯和甲苯從其混合物中分離出來(lái)意義重大。設(shè)計(jì)一座連續(xù)浮閥塔，通過(guò)對(duì)原料，產(chǎn)品的要求和物性參數(shù)的確定及對(duì)主要尺寸的計(jì)算，工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備結(jié)果選型設(shè)計(jì)，完成對(duì)苯-甲苯精餾工藝流程和主體設(shè)備設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞：精餾塔；浮閥塔；苯；甲苯Abstract: The tower equipment is an important unit operation equipment in industry sectors,for instrance, chemical industry, refinery, medicine, food , environmental protection,and so on.It can realize the steam between the liquid phase or the fluid - liquid phase contect deeply, thus achieveing the border carries on the mass transfer and the heat transfer goal.The distillation is the separation of liquid mixtures most commonly used as an. unit operation in chemical industry, oil refining, petrochemical and other industries. The design mission is to produce an important chemical raw material from a mixture of benzene and toluene, it will be a great significance if the material can be separated from its mixture of benzene and toluen. The design of a continuous distillation valve column, in the material, product requirements and the main physical parameters and to determine the size, process design and selection of equipment and design results, completion of the benzene-toluene distillation process and equipment design themeKeywords : rectification column； valve tower； Benzene；Toluene目錄緒論10.1設(shè)計(jì)題目10.2精餾及精餾流程10.3精餾的分類(lèi)10.4精餾操作的特點(diǎn)20.5塔板的類(lèi)型與選擇2一、設(shè)計(jì)方案的選擇和論證31.1 設(shè)計(jì)流程31.2 設(shè)計(jì)思路3二、浮閥塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)62.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)62.1.1原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的摩爾分率62.1.2原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾分率72.2塔板數(shù)的確定72.2.1理論層數(shù)NT的求取72.2.2實(shí)際板數(shù)Np的求取102.3.1操作壓力的計(jì)算102.3.2操作溫度的計(jì)算102.3.3平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算102.3.4平均密度的計(jì)算112.4精餾塔的工藝尺寸的計(jì)算122.4.1塔徑的計(jì)算122.4.2精餾塔有效高度的計(jì)算132.5塔板主要工藝尺寸的計(jì)算132.5.1降液管的選擇與計(jì)算132.5.2溢流堰的選擇與計(jì)算142.5.3受液盤(pán)和底隙152.5.4塔盤(pán)及其布置15三、塔板流動(dòng)性能校核183.1液沫夾帶量校核183.2塔板阻力hf的計(jì)算183.3降液管液泛校核193.4液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間193.5嚴(yán)重漏夜校核193.6塔板負(fù)荷性能圖203.6.1過(guò)量液沫夾帶線(xiàn)關(guān)系式203.6.2液相下限線(xiàn)關(guān)系式203.6.3嚴(yán)重漏夜線(xiàn)關(guān)系式203.6.4液相上限線(xiàn)關(guān)系式213.6.5降液管液泛線(xiàn)關(guān)系式21四、浮閥塔載荷分析及強(qiáng)度校核234.1筒體和封頭厚度計(jì)算234.2載荷分析244.2.1塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算244.2.2自振周期的計(jì)算274.2.3地震載荷與地震彎矩的計(jì)算274.2.4風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算294.2.5最大彎矩334.3強(qiáng)度校核344.3.1圓筒軸向力校核和圓筒穩(wěn)定性校核344.3.2塔設(shè)備壓力試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核354.3.3裙座軸向應(yīng)力校核364.3.4基礎(chǔ)環(huán)和地腳螺栓設(shè)計(jì)及校核384.3.5筋板設(shè)計(jì)及校核404.3.6蓋板設(shè)計(jì)及校核414.3.7裙座與塔殼的對(duì)接焊縫424.3.8接管的計(jì)算與選擇434.4開(kāi)孔及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)444.4.1補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)444.4.2開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則454.4.3允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑454.4.4等面積補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算46五、英文文獻(xiàn)翻譯53主要符號(hào)說(shuō)明96參考文獻(xiàn)98結(jié)束語(yǔ)99第vi頁(yè)緒論0.1設(shè)計(jì)題目苯甲苯連續(xù)精餾塔的工藝設(shè)計(jì)（浮閥塔）0.2精餾及精餾流程精餾是多級(jí)分離過(guò)程，即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過(guò)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(lái)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(jiàn)的單元操作?；こ僧a(chǎn)中，精餾主要用于以下幾種目的:獲得餾出液塔頂?shù)漠a(chǎn)品；將溶液多級(jí)分離后，收集餾出液，用于獲得甲苯，氯苯等；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(guò)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(guò)程。操作時(shí)，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(guò)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(shí)擁有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時(shí)還有配原料液，預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。0.3精餾的分類(lèi)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(guò)程都是采用連續(xù)穩(wěn)定的操作過(guò)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(diǎn)：能保證產(chǎn)品質(zhì)量，滿(mǎn)足工藝要求，生產(chǎn)能力大；流程短，設(shè)備投資費(fèi)用少；耗能量低，收率高，操作費(fèi)用低；操作管理方便。0.4精餾操作的特點(diǎn)從上述對(duì)精餾過(guò)程的簡(jiǎn)單介紹可知，常見(jiàn)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(guò)程，精餾塔也就是一種換熱器。但和一般的傳熱過(guò)程相比，精餾操作又有如下特點(diǎn)： （1)沸點(diǎn)升高 精餾的溶液中含有沸點(diǎn)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?，使溶液的沸點(diǎn)高于醇溶液的沸點(diǎn)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為沸點(diǎn)的升高。在加熱汽化溫度一定的情況下，汽化溶液時(shí)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(shí)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(wèn)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(gè)問(wèn)題。0.5塔板的類(lèi)型與選擇 塔板是板式塔的主要構(gòu)件，分為錯(cuò)流式塔板和逆流式塔板兩類(lèi) ，工業(yè)應(yīng)用以錯(cuò)流式 塔板為主，常用的錯(cuò)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?yàn)樗窃谂菡炙搴秃Y孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它吸收了兩種塔板的優(yōu)點(diǎn)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，造價(jià)低；塔板開(kāi)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(shí)間較長(zhǎng)，故塔板效率較高。一、設(shè)計(jì)方案的選擇和論證1.1 設(shè)計(jì)流程本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯_甲苯混合物。對(duì)于二元混合物的分離，采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷凝器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。 連續(xù)精餾塔流程流程圖 連續(xù)精餾流程附圖圖1-1 流程圖1.2 設(shè)計(jì)思路在本次設(shè)計(jì)中，我們進(jìn)行的是苯和甲苯二元物系的精餾分離，簡(jiǎn)單蒸餾和平衡蒸餾只能達(dá)到組分的部分增濃，如何利用兩組分的揮發(fā)度的差異實(shí)現(xiàn)高純度分離，是精餾塔的基本原理。實(shí)際上，蒸餾裝置包括精餾塔、原料預(yù)熱器、蒸餾釜、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。蒸餾過(guò)程按操作方式不同，分為連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾，我們這次所用的就是浮閥式連續(xù)精餾塔。蒸餾是物料在塔內(nèi)的多次部分汽化與多次部分冷凝所實(shí)現(xiàn)分離的。熱量自塔釜輸入，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。在此過(guò)程中，熱能利用率很低，有時(shí)后可以考慮將余熱再利用，在此就不敘述。要保持塔的穩(wěn)定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。塔頂冷凝器可采用全凝器、分凝器-全能器連種不同的設(shè)置。在這里準(zhǔn)備用全凝器，因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確的控制回流比。此次設(shè)計(jì)是在常壓下操作。 因?yàn)檫@次設(shè)計(jì)采用間接加熱，所以需要再沸器?；亓鞅仁蔷s操作的重要工藝條件。選擇的原則是使設(shè)備和操作費(fèi)用之和最低。在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)實(shí)際需要選定回流比。塔板工藝計(jì)算流體力學(xué)驗(yàn)算塔負(fù)荷性能圖全塔熱量衡算塔附屬設(shè)備計(jì)算 圖1-2 設(shè)計(jì)思路流程圖1、本設(shè)計(jì)采用連續(xù)精餾操作方式。2、常壓操作。3、泡點(diǎn)進(jìn)料。4、間接蒸汽加熱。5、選R=2.0Rmin。6、塔頂選用全凝器。7、選用浮閥塔。在此使用浮閥塔，浮閥塔塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)，其突出優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)氣體的流量自行調(diào)節(jié)開(kāi)度，這樣就可以避免過(guò)多的漏液。另外還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，制造方便，塔板開(kāi)孔率大，生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)。浮閥塔一直成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備，其多用不銹鋼板或合金 。近年來(lái)所研究開(kāi)發(fā)出的新型浮閥進(jìn)一步加強(qiáng)了流體的導(dǎo)向作用和氣體的分散作用，使氣液兩相的流動(dòng)接觸更加有效，可顯著提高操作彈性和效率。從苯甲苯的相關(guān)物性中可看出它們可近似地看作理想物系。而且浮閥與塔盤(pán)板之間的流通面積能隨氣體負(fù)荷的變動(dòng)而自動(dòng)調(diào)節(jié)，因而在較寬的氣體負(fù)荷范圍內(nèi)，均能保持穩(wěn)定操作。氣體在塔盤(pán)板上以水平方向吹出，氣液接觸時(shí)間長(zhǎng)，霧沫夾帶量少，液面落差也較小。二、浮閥塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 表1-1 苯、甲苯的粘度溫度020406080100120苯0.6380.4850.3810.3080.2550.215甲苯0.7580.580.4590.3730.3110.2640.228 表1-2 苯、甲苯的密度溫度020406080100120苯-877.4857.3836.6815.0792.5767.9甲苯885.6867.0848.2829.3810.0790.3770.0 表1-3 苯、甲苯的表面張力溫度020406080100120苯 31.6028.8026.2523.7421.2718.8516.49甲苯30.8928.5426.2223.9421.6919.4917.34 表1-4 苯、甲苯的摩爾定比熱容溫度050100150苯 72.789.7104.8118.1甲苯93.3113.3131.0146.6 表1-5 苯、甲苯的汽化潛熱溫度20406080100120苯 431.1420.0407.7394.1379.3363.2甲苯 412.7402.1391.0379.4367.1354.22.1.1原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量 MA=78kg/kmol甲苯的摩爾質(zhì)量 MB=92kg/kmolXF=0.282XD=0.983XW=0.0122.1.2原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾分率 MF=0.28278(10.282)92=88.05 kg/kmol MD=0.98378(10.983)92=78.24 kg/kmol MW=0.01278(10.012)92= 91. 83kg/kmol2.1.3物料衡算 原料處理量 F=141.96kmol/h 總物料衡算 141.96=D+W苯物料衡算 141.960.282=0.983D+0.012W聯(lián)立解的 D=39.474kmol/h W=102.486kmol/h2.2塔板數(shù)的確定2.2.1理論層數(shù)NT的求取苯甲苯是理想物系，可以用逐板法求取理論板數(shù)。 已知：XF =0.282； XD =0.983； XW =0.012； q=1； 查得苯甲苯的相對(duì)揮發(fā)度=2.5 由q=1時(shí)Xe =XF 1) 操作回流比的確定 =0.495苯甲苯是理想物系,在最小回流比時(shí)，精餾段操作線(xiàn)的斜率為 最小回流比 =2.291取操作回流比為 R=1.6Rmin=1.62.291=3.662) 逐板法塔板數(shù)的求取相平衡方程 （a）精餾段操作線(xiàn)方程 （b）提餾段操作線(xiàn)方程 代入得 即 （c）泡點(diǎn)進(jìn)料 q=1 第一塊塔板上升蒸汽組成 從第一塊板下降的液體組成由式（a）求得 由第二塊板上升的氣相組成由式（b）求得 由第二塊板下降的液體組成 由此反復(fù)計(jì)算得 = 0.9666 =0.9205 = 0.9336 =0.8490 =0.8775 =0.7413 = 0.7929 =0.6050=0.6859 =0.4662= 0.5770 =0.3530=0.4881 0.2761=0.4277 =0.23010.25因?yàn)?從第十一塊板上升的氣相組成由提餾段操作方程（c）計(jì)算 由第十一塊板下降的液體組成 由此反復(fù)計(jì)算得= 0.2701 =0.1289= 0.1963 =0.0890= 0.1316 =0.0572= 0.0821 =0.0345= 0.0467 =0.0192 = 0.0229 =0.00930.01所需總理論板數(shù)為17塊，第塊11加料，精餾段需10塊，板提餾段需6塊板 2.2.2實(shí)際板數(shù)Np的求取 全塔效率 =0.544實(shí)際塔板數(shù) 精餾段塔板數(shù) =18.3819 提留段塔板數(shù) 所需實(shí)際塔板數(shù)為31塊，第19塊加料，精餾段需18塊，提餾段需12塊板2.3精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的的計(jì)算2.3.1操作壓力的計(jì)算塔頂操作壓力 PD=101.3kPa每層塔板壓降 P=0.8 kPa進(jìn)料板壓力 PF=101.3+0.819=116.5kPa精餾段平均壓力 Pm=（101.3+116.5）/2=108.9kPa2.3.2操作溫度的計(jì)算 由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度塔頂溫度 =82.2進(jìn)料板溫度 =99.5精餾段平均溫度 =（82.2+99.5）/2=90.82.3.3平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算1) 塔頂摩爾質(zhì)量的計(jì)算由 由上面計(jì)算得 0.958 0.98378+（1-0.983）92=78.23kg/kmol 0.95878+（1-0.958）92=78.59kg/kmol2) 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算由以上計(jì)算的0.4277 0.2301 0.427778+（1-0.4277）92=86.01 kg/kmol 0.230178+（1-0.2301）92=88.78 kg/kmol3) 精餾段平均摩爾質(zhì)量（78.23+86.01）/2=82.12kg/kmol （78.59+88.78）/2=83.69 kg/kmol2.3.4平均密度的計(jì)算1)氣相平均密度的計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即 kg/m32)液相平均密度的計(jì)算a)塔頂液相平均密度 由tD=82.2，查手冊(cè)得812.7 kg/m3 802.9 kg/m3812.502 kg/m3b)進(jìn)料液相平均密度 由tF=99.5，查手冊(cè)得812.7 kg/m3 786.7 kg/m3 則進(jìn)料液相的質(zhì)量分率 kg/m33)精餾段液相平均密度（812.502+727.466）/2=769.984 kg/m32.4精餾塔的工藝尺寸的計(jì)算2.4.1塔徑的計(jì)算根據(jù)液相流量參考課本選取單溢流型塔板，則精餾段的氣液相負(fù)荷 L=RD=3.6639.474=144.47 V=（R+1）D=(3.66+1)39.474=183.95精餾段的氣液相體積流率 =1.42m3/s=0.0041 m3/s由 其中 其中 =0.092取板間距HT=0.6m，板上液層高度hL=0.06m則 HT- hL=0.60-0.06=0.54m查圖=0.075 =0.0753帶入得 =1.21m/s取設(shè)計(jì)泛點(diǎn)率為0.75，則空塔氣速為 m/s則汽相通過(guò)的塔截面積 A=（m2）塔截面積為汽相流通截面積A與降液管面積Ad之和。D= m圓整后為D=1.6m塔截面積2.011m2 實(shí)際空塔氣速 u=1.42/2.011=0.706m/s2.4.2精餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度為 （18-1）0.60=10.2m提餾段有效高度為 （12-1）0.60=6.6m在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為0.8m故精餾塔的有效高度為 10.2+6.6+0.8=18m2.5塔板主要工藝尺寸的計(jì)算由于塔徑為1600mm,所以選用分塊式塔板，塔板結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1 圖2.1單溢流分塊式弓型塔板2.5.1降液管的選擇與計(jì)算1)降液管的選擇根據(jù)工藝條件，選取使用弓形降液管，又由考慮到塔徑為一般塔徑，所以選擇如下圖2.2所示的降液管。圖2.2降液管2)降液管主要尺寸的選擇由塔經(jīng)D=1.6m，查資料得以下數(shù)據(jù)降液管寬度Wd=表2.1塔板的參數(shù) 塔經(jīng)D/mm塔截面積/m2(/)/%/D弓形降液管降液管面積/m2堰長(zhǎng)/mm堰寬/mm16002.01110.30.73211712550.2072.5.2溢流堰的選擇與計(jì)算1)堰長(zhǎng) 因/D=0.732，D=1.6 故 =1171m2)堰高選用平直堰，堰上液層高度 E近似為1則 =0.0161m取板上清液層高度83mm故 =0.083-0.0161=0.0669m2.5.3受液盤(pán)和底隙根據(jù)工藝參數(shù)與工藝操作條件選取平行受液盤(pán)底隙選為35mm。2.5.4塔盤(pán)及其布置1)塔板分塊 由于塔經(jīng)D=1.6m故采用分塊式塔板，根據(jù)表2.2，塔板分為四塊。 表2.2塔徑/mm8001200140016001800200022002400塔板分塊數(shù)34562)邊緣區(qū)寬度的確定取塔板上液體進(jìn)、出口安定區(qū)寬度m m3)有效傳質(zhì)面積計(jì)算傳質(zhì)面積 其中 =0.1913=0. 75故 =0.206m 24)浮閥數(shù)及其排列浮閥數(shù) 由工藝和物料操作特點(diǎn)選取F1重型浮閥如圖2.3所示，閥孔直徑d0=0.039m圖2.3初選閥孔動(dòng)能因子F0=11，計(jì)算閥孔氣速=6.40m/s浮閥個(gè)數(shù) =185.83186浮閥排列方式開(kāi)孔所占面積 =0.222m2采用等腰三角形叉排，計(jì)算孔心距由開(kāi)孔區(qū)內(nèi)閥孔所占面積分?jǐn)?shù)解得 其中 =0.3134m根據(jù)估算提供孔心距t進(jìn)行布孔，并按實(shí)際可能的情況進(jìn)行調(diào)整來(lái)確定浮閥的實(shí)際個(gè)數(shù)n，按t=300mm進(jìn)行布孔，實(shí)際閥數(shù)n=120 如圖2.4所示圖2.4 開(kāi)孔區(qū)內(nèi) 重新計(jì)算塔板以下參數(shù)閥孔氣速 =9.91 m/s動(dòng)能因子 =17塔板開(kāi)孔率 =0.13由于物料的腐蝕性較小，故塔板材料選Q235，通常，鋼板的厚度為34mm，不銹鋼塔板的厚度是22.5mm。所以塔板厚度去=3mm三、塔板流動(dòng)性能校核3.1液沫夾帶量校核為控制液沫夾帶量過(guò)大，應(yīng)使泛點(diǎn)。由 其中CF由塔板上氣相密度v及塔板間距HT，查圖的系數(shù)CF=0.16根據(jù)表5-11所提供數(shù)據(jù)，本物系參數(shù)K值可選取1，帶入可得 =0.625所得泛點(diǎn)率低于0.8，故不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的液沫夾帶3.2塔板阻力hf的計(jì)算1)干板阻力ho臨界氣速 =5.79,故不會(huì)發(fā)生液泛。3.4液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間必須保證液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間必須大于3-5s才能保證液體所夾帶氣體的釋出 =21.65855故所夾帶氣體可以釋出。3.5嚴(yán)重漏夜校核當(dāng)閥孔的動(dòng)能因子低于5時(shí)將發(fā)生嚴(yán)重漏夜，故漏夜點(diǎn)的孔速可取5的相應(yīng)孔流氣速=2.907m/s穩(wěn)定系數(shù) =3.41.5故不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏夜3.6塔板負(fù)荷性能圖3.6.1過(guò)量液沫夾帶線(xiàn)關(guān)系式根據(jù)資料一般的大塔，F(xiàn)10.8-0.82,另F1=0.8則根據(jù)前面計(jì)算液沫夾帶的式子可以整理出 即 此為一線(xiàn)性方程，在圖上表示過(guò)量液沫夾帶線(xiàn)（1）3.6.2液相下限線(xiàn)關(guān)系式對(duì)于平直堰，其堰上液頭高度how必須要大于0.006，取how=0.006，即可確定液相流的下限線(xiàn) 該線(xiàn)是垂直于Lh軸的直線(xiàn)，在圖上表示（2）3.6.3嚴(yán)重漏夜線(xiàn)關(guān)系式因?yàn)閯?dòng)能因子小于5時(shí)發(fā)生嚴(yán)重漏夜，故取Fo=5，計(jì)算相應(yīng)的氣相流率 =7920.072該線(xiàn)是平行于Lh軸的直線(xiàn)，為漏夜線(xiàn)，在圖上表示（3）3.6.4液相上限線(xiàn)關(guān)系式 當(dāng)t=5s時(shí)，降液的最大流量是 = =4550.688該線(xiàn)是平行于Vh軸的直線(xiàn)，在圖上表示（4）3.6.5降液管液泛線(xiàn)關(guān)系式根據(jù)降液管液泛的條件，得以下降液管液泛工況下的關(guān)系 為避免降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使 整理得 其中 分別帶入可整理得： 將前面的計(jì)算結(jié)果帶入上式的： =0.196計(jì)算降液管上液泛線(xiàn)上點(diǎn)得如下表3.1表3.1Ls(m2/h)102030405060Vs(m2/h)352.3681346.5938333.7652321.483299.8364278.7567由圖表數(shù)據(jù)做出降液管的液泛線(xiàn)，記做線(xiàn)（5）將以上的各條線(xiàn)繪制在同一個(gè)直角坐標(biāo)系中得塔板負(fù)荷性能圖因?yàn)樵O(shè)計(jì)壓力P=0.11Mpa,屬于低壓化工設(shè)備，一類(lèi)容器；塔內(nèi)物料苯和甲苯對(duì)鋼材的腐蝕性較輕微，故塔體和封頭材料選用低合金鋼板16MnR。 四、浮閥塔載荷分析及強(qiáng)度校核4.1筒體和封頭厚度計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)壓力和液柱靜壓力確定計(jì)算壓力塔內(nèi)液柱高度僅考慮塔底至液封盤(pán)液面高度=2.34m，液柱靜壓力=，可忽略。P=(1.05-1.10) =(1.05-1.10) 0.1013=（0.108-0.113）MPa 取p=0.11MPa計(jì)算壓力低壓容器的圓筒厚度計(jì)算式為：查【5】表D1鋼板許用應(yīng)力在設(shè)計(jì)溫度為150時(shí)，16MnR的許用應(yīng)力為=170，查【5】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(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全熔透對(duì)接接頭，故焊接接頭系數(shù)值取0.85。將、 值代入上式得mm圓筒設(shè)計(jì)厚度式中 為腐蝕裕量，在無(wú)特殊腐蝕情況下，對(duì)于碳素鋼和低合金鋼，不小于1mm，故取=2mm。為鋼材負(fù)偏差，使用中鋼板厚度超過(guò)5mm時(shí)（如20R、16MnR和16MnDR等）可取=0，故=2+0=2mm圓筒設(shè)計(jì)厚度根據(jù)剛度要求，筒體所需最小厚度 =3.2 ； 且 不小于3 ，故按剛度條件，筒體厚度僅需4 ；考慮到此塔較高，風(fēng)載荷較大，而塔的內(nèi)徑不太大，故應(yīng)適當(dāng)增加厚度，現(xiàn)假設(shè)塔體厚度12，剛假設(shè)的塔體有效厚度 C1C212-0-210 ；圓整并根據(jù)【4】附表4-1所以取圓筒名義厚度為=12mm,則圓筒有效厚度=-=封頭厚度計(jì)算公式為：封頭設(shè)計(jì)厚度=+=0.605+mm封頭名義厚度與圓筒一樣，取為12mm封頭有效厚度=-=4.2載荷分析4.2.1塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算質(zhì)量載荷示意如圖4.1塔設(shè)備的操作質(zhì)量:塔設(shè)備的最大質(zhì)量:塔設(shè)備的最小質(zhì)量 圖4.1 :塔體總質(zhì)量1)筒體質(zhì)量塔板總間距=(塔板總數(shù)N-1)HT=30600=18000mm筒體頂部空間高度（即第一塊塔板到上封頭切線(xiàn)處距離）取為1200mm；筒體底部空間高度（即最后一塊塔板到下封頭切線(xiàn)處距離）取為3000mm;筒體總高H=18000+4800+1200+3000=25400mm=25.4m。查【4】附表4-1得一米高筒節(jié)理論質(zhì)量為199筒體質(zhì)量=19925.4=5054.62)封頭質(zhì)量查【4】附表4-3得公稱(chēng)直徑為1600mm厚度為8mm的橢圓封頭的質(zhì)量為229.63，查【4】附表4-2 以?xún)?nèi)徑為公稱(chēng)直徑的橢圓封頭的型式和尺寸得曲邊高度為400mm封頭質(zhì)量=2229.63=459.263)裙座質(zhì)量取裙座高度為3060mm，裙座材料選Q235-A，一米高裙座理論質(zhì)量為199裙座質(zhì)量=1993.06=608.94所以塔體總質(zhì)量=筒體質(zhì)量+封頭質(zhì)量+裙座質(zhì)量 即=+=5054.6+459.26+608.94=6123塔段內(nèi)件質(zhì)量：查【4】表5-4 塔設(shè)備部分零件質(zhì)量載荷估算表得 浮閥塔塔盤(pán)質(zhì)量載荷為75所以 保溫層質(zhì)量：取保溫層厚度為=100mm查【4】表5-4 塔設(shè)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【4】附表4-2 以?xún)?nèi)徑為公稱(chēng)直徑的橢圓封頭的型式和尺寸 得封頭的容積為0.5864,以保溫層外徑為內(nèi)徑的橢圓型封頭的容積為0.8652。所以=式中 為封頭保溫層質(zhì)量平臺(tái)、扶梯質(zhì)量（）：查【4】表5-4 塔設(shè)備部分零件質(zhì)量載荷估算表得 平臺(tái)質(zhì)量，籠式扶梯質(zhì)量塔設(shè)備總高=筒體總高+單個(gè)封頭曲邊高度+裙座高度=25400+400+3060=28860mm=28.86m塔設(shè)備總高取為29m, 籠式扶梯總高取為HF=28m，平臺(tái)數(shù)量n取4則=3428操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量（）：查【4】附表4-2 得封頭容積=0.5864m3 則=6595人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量，按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為=0.25=0.256123=1531充液質(zhì)量=52213塔設(shè)備的操作質(zhì)量=6123+4872+4295+3428+6595+1531=26844塔設(shè)備的最大質(zhì)量=6123+4872+4295+3428+52213+1531=72462塔設(shè)備的最小質(zhì)量=6123+0.24872+4295+3428+1531=163514.2.2自振周期的計(jì)算分析塔設(shè)備的振動(dòng)時(shí)，一般情況下不考慮平臺(tái)及外部接管的限制作用以及地基變形的影響，而將塔設(shè)備看成是頂端自由，底部剛性固定，質(zhì)量沿高度連續(xù)分布的懸臂梁，其基本震型的自振周期按【5】 （7-5）式第一振型計(jì)算式：其中為塔單位高度上的質(zhì)量即所以=4.2.3地震載荷與地震彎矩的計(jì)算當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，塔設(shè)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(shè)備必須考慮它的抗震能力，計(jì)算出它的地震載荷。其計(jì)算示意圖如圖4.2 圖4.2首先，選取計(jì)算截面（包括危險(xiǎn)截面）。該課題中將全塔分為5段。其計(jì)算截面分別為0-0、1-1、2-2、3-3、4-4，其中0-0、1-1、2-2為危險(xiǎn)截面。由【5】表7-9取第二組類(lèi)場(chǎng)地土的特性周期為=0.3由【4】7-10取設(shè)防烈度為7時(shí)地震影響系數(shù)最大值為=0.23。地震影響系數(shù)根據(jù)場(chǎng)地土的特性周期及塔的自振周期由分析設(shè)計(jì)方法確定 且不得小于=0.230.2=0.046即=0.052設(shè)等直徑、等壁厚塔設(shè)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(dāng)塔設(shè)備H/D15時(shí)，還需考慮高振型的影響，這時(shí)應(yīng)根據(jù)第一、二、三振型，分別計(jì)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(diǎn)處的最大地震力及地震彎矩。這樣的計(jì)算方法很復(fù)雜，所以在進(jìn)行穩(wěn)定和其他驗(yàn)算時(shí)，可按一種簡(jiǎn)化的由第一振型的計(jì)算結(jié)果估算地震彎矩的近似算法即計(jì)算由此可得底截面處地震彎矩=1.250.50.052268449.8129000=1.13截面1-1處地震彎矩 2.83截面2-2處地震彎矩 =2.374.2.4風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算各計(jì)算段的外徑均為=1600+212=1624mm塔頂管線(xiàn)外徑：塔頂管線(xiàn)是氣體的出口，已知設(shè)計(jì)壓力： 0.11MPa設(shè)計(jì)溫度： 150 氣體密度： 2.956kg/m3氣體流量： 0.0041 m3/s 圖4.3計(jì)算示意圖如圖4.3由氣體狀態(tài)方程可計(jì)算出設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力下的氣體流量 即：求得=0.025 m3/s操作氣速為=1.21m/s則，塔頂管線(xiàn)外徑=385.38mm,圓整后取=400mm第段保溫層厚度已知為100取管線(xiàn)保溫層厚度=100mm籠式扶梯當(dāng)量寬度=400取各段平臺(tái)構(gòu)件的投影面積 為，操作平臺(tái)當(dāng)量寬度塔設(shè)備迎風(fēng)面的有效直徑是該段所有受風(fēng)構(gòu)件迎風(fēng)面的寬度總和。當(dāng)籠式扶梯與塔頂管線(xiàn)布置成180時(shí)當(dāng)籠式扶梯與塔頂管線(xiàn)布置成90時(shí),取下列兩式中的較大值風(fēng)壓高度變化系數(shù)可根據(jù)各計(jì)算段頂截面距地面高度查【5】7-5。體型系數(shù) 風(fēng)壓在不同體型的結(jié)構(gòu)表面分布亦不相同，對(duì)細(xì)長(zhǎng)的圓柱形塔體結(jié)構(gòu)，體型系數(shù)=0.7.風(fēng)振系數(shù) 風(fēng)振系數(shù)是考慮風(fēng)載荷的脈動(dòng)性質(zhì)和塔體的動(dòng)力特性的折算系數(shù)。對(duì)塔高的塔設(shè)備，取1.70。而對(duì)于塔高時(shí)，則按下式計(jì)算已求出塔設(shè)備自振周期，查【6】表17-2，近似取衡陽(yáng)地區(qū)基本風(fēng)壓值為350=400=998.56假設(shè)土地粗糙度類(lèi)別為B類(lèi)，則由值查【5】表7-6得脈動(dòng)增大系數(shù)=2.53，查表7-7得，脈動(dòng)影響系數(shù)分別為=0.72，=0.72，=0.72，=0.79=0.82第段振型系數(shù)可根據(jù)/查7-8得到各計(jì)算段的水平風(fēng)力將以上討論數(shù)據(jù)整理如表4.1表4.1風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算計(jì)算內(nèi)容數(shù)據(jù)011223344頂各計(jì)算段的外徑()1624塔頂管線(xiàn)外徑()400第段保溫層厚度()100管線(xiàn)保溫層厚度()100籠式扶梯當(dāng)量寬度400各計(jì)算段長(zhǎng)度()100020007000100009000操作平臺(tái)所在計(jì)算段長(zhǎng)度()100020007000100009000平臺(tái)數(shù)00121操作平臺(tái)當(dāng)量寬度00257.1360200各計(jì)算段的有效直徑()2224222424812584242424242424268127842624各計(jì)算段頂截面距地面高度()13102029風(fēng)壓高度變化系數(shù)1.001.001.001.251.42體型系數(shù)0.7風(fēng)振系數(shù)1.041.091.691.942.46塔設(shè)備自振周期()1.58400998.56脈動(dòng)增大系數(shù)2.53脈動(dòng)影響系數(shù)0.720.720.720.790.820.0530.1580.5260.6891第段振型系數(shù)0.020.050.380.591.00各計(jì)算段的水平風(fēng)力679149388001890323099塔設(shè)備任意截面處的風(fēng)彎矩按下式計(jì)算：塔設(shè)備底截面的風(fēng)彎矩為+ 代入數(shù)值得=679+1493（）+8800（）+18903（）+23099（1000+2000+7000+10000+）=9.101-1截面的風(fēng)彎矩為 +代入數(shù)值的得=1493（）+8800（）+18903（）+23099（2000+7000+10000+）=8.632-2截面的風(fēng)彎矩為+ 帶入數(shù)值得=8800（）+18903（）+23099（7000+10000+）=7.58偏心彎矩該塔設(shè)備中無(wú)再沸器，故偏心彎矩為04.2.5最大彎矩最大彎矩取和兩者中的較大值計(jì)算數(shù)據(jù)如表4.2表4.2最大彎矩選擇計(jì)算內(nèi)容計(jì)算公式及數(shù)據(jù)00截面11截面22截面9.10 8.637.583.414.984.27最大彎矩9.108.637.584.3強(qiáng)度校核4.3.1圓筒軸向力校核和圓筒穩(wěn)定性校核由設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力=4.4此應(yīng)力只存在于筒體，裙座上由設(shè)計(jì)壓力引起的軸向力為0操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力=5.24最大彎矩引起的軸向應(yīng)力，由此式可計(jì)算出：0-0截面上最大彎矩引起的軸向應(yīng)力72.41-1截面上最大彎矩引起的軸向應(yīng)力68.72-2截面上最大彎矩引起的軸向應(yīng)力60.4查【5】附表D1的設(shè)計(jì)溫度下16MnR的許用應(yīng)力為170，Q235的許用應(yīng)力為113載荷組合系數(shù)等于1.2系數(shù)=0.001175根據(jù)A值查【5】圖4-7得16MnR在設(shè)計(jì)溫度下的系數(shù)B=118，Q235在設(shè)計(jì)溫度下的系數(shù)B=93，許用軸向壓應(yīng)力取KB和K中較小值對(duì)內(nèi)壓容器圓筒最大組合壓應(yīng)力，最大組合拉應(yīng)力K就滿(mǎn)足要求數(shù)據(jù)整理如表4.3表4.3圓筒組合應(yīng)力計(jì)算及校核計(jì)算內(nèi)容計(jì)算數(shù)據(jù)001122KB 111.6111.6141.6K 135.6135.6204 135.6135.6204圓筒最大組合壓應(yīng)力（）77.6473.9465.64滿(mǎn)足要求圓筒最大組合拉應(yīng)力（）71.5667.8659.56K滿(mǎn)足要求4.3.2塔設(shè)備壓力試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力=1.250.11=0.1375查過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)第二版附表D1得 筒體常溫屈服點(diǎn)=345