摘要乙醇的生產(chǎn)方法有兩種發(fā)酵法和合成法。乙醇水是工業(yè)上最常見(jiàn)的溶劑，也是非常重要的化工原料之一。乙醇作為環(huán)保燃料成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。但是由于乙醇水體系有共沸現(xiàn)象，普通的精餾難于得到高純度的乙醇。因此，研究和改進(jìn)乙醇水體系的精餾設(shè)備是非常必要的。本文基于精餾的原理，查閱乙醇水體系的相關(guān)物性參數(shù)，設(shè)計(jì)了年處理乙醇水混合液10萬(wàn)噸的浮閥精餾裝置。這一設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有物料衡算，熱量衡算，塔體工藝設(shè)計(jì)，塔板工藝設(shè)計(jì)，以及部分機(jī)械設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞乙醇水；精餾塔設(shè)計(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)ABSTRACTTHEREARETWOMETHODSOFETHANOLPRODUCTIONFERMENTATIONANDSYNTHESISETHANOLWATERISTHEMOSTCOMMONSOLVENTINTHEINDUSTRY,ISONEOFTHEVERYIMPORTANTCHEMICALRAWMATERIALSETHANOLASAGREENFUELRESEARCHINRECENTYEARSBUTBECAUSEOFTHEETHANOLWATERAZEOTROPE,ORDINARYDISTILLATIONOFHARDTOGETPUREETHANOLTHEREFORE,STUDYANDIMPROVEMENTOFETHANOLWATERSYSTEMOFDISTILLATIONEQUIPMENTISNECESSARYTHISARTICLEISBASEDONTHEPRINCIPLEOFRECTIFICATIONOF,ACCESSTORELATEDPROPERTIESOFETHANOLWATERSYSTEM,DESIGNEDAYEAR100,000TONNESOFAMIXTUREOFETHANOLWATERFLOATVALVEDISTILLATIONUNITTHEKEYFEATURESOFTHEDESIGNAREMATERIALBALANCE,HEATBALANCE,PROCESSDESIGN,PROCESSDESIGNOFTRAYS,ASWELLASSOMEMECHANICALDESIGNKEYWORDSETHANOLWATER；DISTILLATIONTOWERDESIGNMECHANICALDESIGN目錄摘要IABSTRACTII第1章緒論111概述112工藝流程3第2章設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)621設(shè)計(jì)題目及原始條件6第3章塔板的工藝設(shè)計(jì)731精餾塔全塔物料衡算732計(jì)算溫度、密度、表面張力、粘度、相對(duì)揮發(fā)度733理論塔板的計(jì)算1434塔徑的初步設(shè)計(jì)1535溢流裝置1636塔板布置及浮閥數(shù)目與排列17第4章塔板的流體力學(xué)計(jì)算2141氣相通過(guò)浮閥塔板的壓降2142淹塔2143霧沫夾帶驗(yàn)算2244塔板負(fù)荷性能圖23第5章塔附件設(shè)計(jì)2851接管2852封頭2953除沫器2954裙座3055吊柱3056人孔30第6章塔總體高度的設(shè)計(jì)3161塔的頂部空間高度3162塔的底部空間高度3163塔立體高度31第7章塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)3271設(shè)計(jì)條件3272按計(jì)算壓力計(jì)算塔體和封頭厚度3273塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算3274風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計(jì)算3575地震彎矩計(jì)算3776各種載荷引起的軸向應(yīng)力3877塔體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核4078塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核4279基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)43710地腳螺栓計(jì)算44結(jié)論46致謝47參考文獻(xiàn)48附錄49第1章緒論11概述乙醇俗稱酒精,系醇類代表,是一種無(wú)色透明易揮發(fā)和易燃的液體。其分子式C2H6O,結(jié)構(gòu)式CH3CH2OH,分子量46。歷史上，關(guān)于蒸餾乙醇的最早描述者是MAPPAECLAVICULA他在自己的記述中談到了乙醇可以用作燃料和溶劑的情況。15世紀(jì)以前,乙醇僅作為飲料和藥劑，并非大量生產(chǎn)的化學(xué)品。18世紀(jì)末,才首次有關(guān)于無(wú)水乙醇生產(chǎn)方法的報(bào)道，但真正的工業(yè)化乙醇生產(chǎn)是在19世紀(jì)末開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的,到第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇達(dá)到了高峰。發(fā)酵法是經(jīng)典的乙醇生產(chǎn)方法。在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期里,它是許多國(guó)家乙醇的主要來(lái)源。目前在一些農(nóng)副產(chǎn)品資源豐富的國(guó)家,發(fā)酵法仍然是生產(chǎn)乙醇的主要方法。但是發(fā)酵法受到原料來(lái)源和成本的限制，因此合成法逐漸興起，自1923年起美國(guó)和前蘇聯(lián)同時(shí)開(kāi)始了直接水合法的研究。1945年,美國(guó)殼牌化學(xué)公司把磷酸吸附在顆粒狀硅藻土上,制備成固體催化劑,解決了直接水合法自1923年有報(bào)道以來(lái)一直沒(méi)有實(shí)用價(jià)值催化劑的問(wèn)題。并在1948年建成年產(chǎn)60KT的乙醇工廠。50年代末,原聯(lián)邦德國(guó)維巴化學(xué)公司VEBACHEMIE在殼牌法基礎(chǔ)上改進(jìn)了催化劑,發(fā)展為維巴公司自己的直接水合法技術(shù)。到60年代,美國(guó)的伊斯特曼柯達(dá)EASTMANKODAK公司,在水合工藝方面進(jìn)行了改進(jìn),發(fā)展成為伊斯特曼柯達(dá)公司的直接水合法技術(shù),并在1972年建成一套年產(chǎn)200KT規(guī)模的合成乙醇生產(chǎn)工廠。60年代后期,蘇聯(lián)也廣泛開(kāi)展了直接水合法工藝的研究,對(duì)水合催化劑進(jìn)行了改進(jìn)和提高,最后確定為磷酸硅藻土催化劑。1970年,蘇聯(lián)直接水合法制取乙醇的產(chǎn)量就已達(dá)600KT左右,占其乙醇總產(chǎn)量的55左右。直接水合法制乙醇自40年代末期工業(yè)化以來(lái),經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展,目前已成為世界合成乙醇的主要方法。我國(guó)的乙醇工業(yè)是上世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的。我國(guó)于1958年從前蘇聯(lián)引入年產(chǎn)20KT的間法生產(chǎn)技術(shù),1962年我國(guó)開(kāi)展了直接水合法的研究工作,到70年代建立起年產(chǎn)3KT和50KT的生產(chǎn)裝置。合成乙醇工業(yè)是在80年代開(kāi)始投入大規(guī)模的生產(chǎn),如吉化公司的乙烯合成乙醇年產(chǎn)能力已達(dá)120KT。1949年我國(guó)乙醇年產(chǎn)量只有10KT,而到1987年,總產(chǎn)量超過(guò)1000KT,近幾年的發(fā)展更是迅速,1994年我國(guó)的乙醇產(chǎn)量已突破2000KT的大關(guān)。乙醇廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門(mén),它是許多化工產(chǎn)品不可缺少的基礎(chǔ)原料和溶劑,利用乙醇可以合成橡膠、聚氯議席、聚苯乙烯、乙二醇、冰醋酸、苯胺、乙醚、酯類、環(huán)氧乙烷等；它也是生產(chǎn)油漆和化妝品不可缺少的原料。在醫(yī)藥工業(yè)和醫(yī)療事業(yè)中,乙醇用來(lái)配制提取醫(yī)藥制劑和作為消毒劑；染料工業(yè),國(guó)防工業(yè)等其他工業(yè)部門(mén)也大量使用乙醇；在食品工業(yè)中,乙醇是配制各類白酒、果酒、葡萄酒、藥酒和生產(chǎn)食用醋酸及食用香精的主要原料。隨著能源短缺情況的日益嚴(yán)重，代用燃料得到廣泛重視，乙醇作為一種可能的潛在能源而身價(jià)百倍。在汽油中添加520無(wú)水乙醇而成的汽油醇應(yīng)運(yùn)而生。另外，乙醇還可以作為抗爆劑添加到汽油中代替四乙基鉛。長(zhǎng)期以來(lái)，乙醇多以蒸餾法生產(chǎn)，但是由于乙醇水體系有共沸現(xiàn)象，普通的精餾對(duì)于得到高純度的乙醇來(lái)說(shuō)產(chǎn)量不好。但是由于常用的多為其水溶液，因此，研究和改進(jìn)乙醇水體系的精餾設(shè)備是非常必要的。精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。精餾過(guò)程在能量計(jì)的驅(qū)動(dòng)下，使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)原料混合物中各組成分離。該過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)傳熱的過(guò)程。蒸餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。這一過(guò)程是借助板式塔設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣（或汽）液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的?？稍谒O(shè)備中完成的常見(jiàn)的單元操作有精餾、吸收、解吸和萃取等。塔設(shè)備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，形成了形式繁多的結(jié)構(gòu)，但是長(zhǎng)期以來(lái)，最常用的分類是按塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔兩大類。在板式塔中，塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤(pán)，氣體以鼓泡或噴射的形式穿過(guò)塔盤(pán)上的液層使兩相密切接觸，進(jìn)行傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。目前，我國(guó)常用的板式塔型仍為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和舌形塔等，加強(qiáng)了對(duì)篩板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮動(dòng)噴射塔等新塔型。對(duì)多降液管塔盤(pán)、導(dǎo)向篩板、網(wǎng)孔塔盤(pán)等也都做了較多的研究，并推廣應(yīng)用于生產(chǎn)。其他如大孔徑篩板、雙孔徑篩板、穿流式可調(diào)開(kāi)孔率篩板、浮閥篩板復(fù)合塔盤(pán)等多種塔型的試驗(yàn)工作也在進(jìn)行，有些已取得了一定的成果并用于生產(chǎn)。乙醇水是工業(yè)上最常見(jiàn)的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，是無(wú)色、無(wú)毒、無(wú)致癌性、污染性和腐蝕性小的液體混合物。因其良好的理化性能，而被廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。近些年來(lái)，由于燃料價(jià)格的上漲，乙醇燃料越來(lái)越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢(shì)，且已在鄭州、濟(jì)南等地的公交、出租車(chē)行業(yè)內(nèi)被采用。山東業(yè)已推出了推廣燃料乙醇的法規(guī)。多年來(lái)，蒸餾工藝被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)的工業(yè)化回收乙醇的方法，但是隨著能源短缺情況日益嚴(yán)重，研究節(jié)能型蒸餾工藝和非蒸餾回收乙醇工藝已成為乙醇工業(yè)研究的重要課題。12工藝流程乙醇的生產(chǎn)方法有兩種發(fā)酵法和合成法，本設(shè)計(jì)采用直接合成法制乙醇。反應(yīng)方程式主反應(yīng)C2H4H2OC2H5OH副反應(yīng)C2H5OHC2H5OHC2H5OC2H5H2OC2H5OHC2H4OH2合成法生產(chǎn)乙醇的工藝流程圖見(jiàn)圖1，裝置圖見(jiàn)圖2圖1合成法生產(chǎn)乙醇的工藝流程圖含乙烯99的原料氣經(jīng)原料氣壓縮機(jī)壓到70MPA，與循環(huán)壓縮機(jī)出口的循環(huán)氣匯合。乙烯氣經(jīng)換熱后與高壓蒸汽混合加熱，合成氣終溫達(dá)到290進(jìn)水合器，大約有7的乙烯反應(yīng)，物料溫升大約20。反應(yīng)后的氣體經(jīng)過(guò)一系列換熱器換熱冷卻，溫度降到50左右進(jìn)入分離系統(tǒng)。圖2合成法生產(chǎn)乙醇的裝置圖設(shè)計(jì)的分離系統(tǒng)大致分為三個(gè)部分反應(yīng)產(chǎn)物預(yù)處理、粗醇精餾、乙醇精制。反應(yīng)產(chǎn)物預(yù)處理由于乙烯的轉(zhuǎn)化率很低，反應(yīng)后的物料大部分是未反應(yīng)的乙烯氣體和水，因此我們選用一個(gè)高壓分離器把不凝氣和水、乙醇等產(chǎn)物分開(kāi)，高壓分離器的壓力為6570MPA。從高壓分離器頂部流出的氣體再送入一個(gè)醇洗塔，把隨氣體排出的乙醇用水吸收。從醇洗塔出來(lái)的氣體做循環(huán)氣和進(jìn)料氣混合再參加反應(yīng)。部分循環(huán)氣排出用水吸收。從醇洗塔出來(lái)的氣體做循環(huán)氣和進(jìn)料氣混合再參加反應(yīng)。部分循環(huán)氣排出系統(tǒng)以防止惰性氣體積累，從高壓分離器合醇洗塔底部流出的液相進(jìn)入下一級(jí)粗醇精餾。經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的粗醇組成主要是水、乙醇、乙醚、乙醛、其它雜質(zhì)如正丁醇和辛烯、乙烯和其它氣體。由于乙醚和乙醛是輕組分，因此先在乙醚塔中分離它們。再經(jīng)過(guò)粗醇濃縮塔，使乙醇含量到達(dá)一定的濃度。然后對(duì)于難于精餾除去的羰基化合物在催化劑存在下處理后，進(jìn)入萃取精餾塔處理，萃取劑為水。將多級(jí)萃取精餾脫雜質(zhì)的乙醇液再進(jìn)行精餾，得到符合市場(chǎng)要求乙醇。圖3板式精餾塔的工藝流程簡(jiǎn)圖如圖3所示。原料液由高位槽經(jīng)過(guò)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔內(nèi)。操作時(shí)連續(xù)地從再沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海?，再沸器中原料液部分汽化，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過(guò)各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后進(jìn)入貯槽再經(jīng)過(guò)冷卻器冷卻。部分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(guò)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(shí)還要設(shè)置高位槽，且在適當(dāng)位置設(shè)置必要的儀表（流量計(jì)、溫度計(jì)和壓力表），以測(cè)量物流的各項(xiàng)參數(shù)。第2章設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)21設(shè)計(jì)題目及原始條件分離乙醇水混合液的浮閥精餾塔設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力年處理乙醇水混合液10萬(wàn)噸（開(kāi)工率300天/年）原料乙醇含量為35（質(zhì)量百分比，下同）的常溫液體分離要求塔頂乙醇含量不低于94塔底乙醇含量不高于02第3章塔板的工藝設(shè)計(jì)31精餾塔全塔物料衡算F原料液流量（KMOL/S）XF原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）D塔頂產(chǎn)品流量（KMOL/S）XD塔頂組成W塔底殘液流量（KMOL/S）XW塔底組成原料乙醇組成35/461708F塔頂組成99/DX塔底組成0231W進(jìn)料量415/46035/186/FKMOLS物料衡算式FDWFXDDXDWXW聯(lián)立代入求解D0034KMOL/S，W01346KMOL/S32計(jì)算溫度、密度、表面張力、粘度、相對(duì)揮發(fā)度表31乙醇水氣液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系溫度/液相氣相溫度/液相氣相溫度/液相氣相100008272337544579357326841955190170082326085580787467637385890721389181532735926784174727815867966437580739656122781589438943853123847047985079656484116615089797519865991、溫度利用表中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得TF、TD、TW84184278394C6367515721993100988DTFFDWWTTCOMMENTYGY1COMMENTYGY2（4）精餾段平均溫度18075C2FDT（5）提餾段平均溫度9W2密度1ABLAM已知混合液密度為質(zhì)量百分率，為平均相對(duì)分子質(zhì)量0VT24混合氣密度1精餾段8175,CT液相組成，3641X10807329635X1X氣相組成，60301Y18572Y1Y所以146030364895/LMKGMOL8V2提餾段C92T液相組成，486X251897X2X氣相組成，2922Y2903Y2所以246810486193/LMKGMOL97V表32不同溫度下乙醇和水的密度溫度/乙水溫度/乙水80735971895720961858573096861007169584907249653求得在與下的乙醇和水的密度，乙733925KG/M381075,CT801758033乙,水97111KG/M3968719718水同理，乙7225KG/M3918C2T500242乙，水9640KG/M3918961853653水在精餾段液相密度1LL10364/32048364105947957KG/M3781氣相密度MKGV31/2107581243在提餾段液相密度2L9641505748014608/46012LKG/M3798氣相密度MKGV32/870915742363混合液體表面張力二元有機(jī)物水溶液表面張力可用下列各式計(jì)算公式W0XV00WXV1/41/41/4MSS/SS0SXV0LGQWB2/32/30041WVQQTABQ20LGSWA01SW式中下角標(biāo)，W、O、S分別代表水、有機(jī)物及表面部分，XW、XO指主體部分的分子體積，、為純水、有機(jī)物的表面張力，對(duì)甲醇Q2。0（1）精餾段8175,CT表33不同溫度下的表面張力溫度/708090100乙醇表面張力/102N/M2181715162152水表面張力/102N/M26436266075883W1809/47WMVCMOL3465/817OMVCMOL乙醇表面張力，；162755乙0乙水的表面張力，。908067267水624水220000001WWWXVXVXXV（）213649274364536415D00WXX因?yàn)椋?0LGL7456WB2/32/3041WVQQT2/32/32170564041098753960ABQ聯(lián)立方程組20LGSWA01SW求得0168SW83S/41/41/4275M2提餾段892T31/7WVCMOL34695/2817OVCMOL乙醇表面張力，；0910852652乙60乙水的表面張力，。8078水34水220001WWWXVXV（）2486936745486951489D010WXX因?yàn)椋?0LGL674583WB2/2/3041WVQQT2/32/31604950604199875130AB聯(lián)立方程組20LGSWA01SW求得07214SW786S1/41/41/463329M混合物的粘度查表得水0352MPAS，醇0435MPAS81075,CT，查表得水0310MPAS醇0385MPAS92精餾段粘度11X醇水0435603526410382MPAS提餾段粘度22X醇水815相對(duì)揮發(fā)度精餾段揮發(fā)度由得ABX0364,Y03BBX6759,Y037所以59217BAY提餾段揮發(fā)度由得BX0486,YBBX0514,Y708所以7ABY6、氣液相體積流量計(jì)算根據(jù)XY相圖得，所以。操作MIN08597261489DQXYRMIN2103R回流比可取為最小回流比的1120倍，所以取回流比MIN1520354R（1）精餾段SKMOLDVLL/14031543/7已知1289/LMKGOL8VMGKLL1847/KGMOLV12/KGMOL則質(zhì)量流量KLLM/01739581OGV240341體積流量31SL71/8MS31SV249/S圖4XY相圖（2）提餾段因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)為飽和液體進(jìn)料，所以Q1LQF017680275V41KMOL/S已知293/LMKGOLV2M617/,KGMOL。L29817/,KGMOLV20874/KGMOL則質(zhì)量流量L2M936536S2V170498/KG體積流量32SL536/98MS32SV04/733理論塔板的計(jì)算理論板的計(jì)算方法可采用逐板計(jì)算法圖解法，在本次設(shè)計(jì)中采用圖解法。根據(jù)101325105PA下，乙醇水氣液平衡組成關(guān)系可繪出平衡曲線即XY曲線圖，泡點(diǎn)進(jìn)料，所以Q1，即Q為一條直線，本平衡具有下凹部分，操作線尚未落到平衡線前，已與平衡線相切，如圖所示XQ0749876,YQ0785266,所以，操作回流比等于。MIN2103RMIN15210354R已知精餾線操作方程1797DNNXYX提餾線操作方程41LQF154610WQWNMM在圖上作操作線，由點(diǎn)（08598，08598）起在平衡線和操作線間畫(huà)階梯，過(guò)精餾段操作線與Q線交點(diǎn)，直到階梯與平衡線交點(diǎn)小于000078為止，由此得到理論板NT24塊（包括再沸器），加料板為第21塊理論板。板效率與塔板結(jié)構(gòu)、操作條件、物質(zhì)的物理性質(zhì)及流體的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，它反映了實(shí)際塔板上傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行的程度。板效率可用奧康奈爾公式計(jì)算。TLE02459（1）精餾段已知，61L38MPAS所以0245049258TE故。98TPN精塊精41PN（2）提餾段已知，8072L316MPAS所以02454993,TE故69730TPN提塊提8PN全塔所需實(shí)際塔板數(shù)塊提精491P全塔效率T241E69PN加料板位置在第42塊塔板。34塔徑的初步設(shè)計(jì)（1）精餾段由，式中C可由史VLMAXMAXCU806UU，安全系數(shù)安全系數(shù)密斯關(guān)聯(lián)圖查出橫坐標(biāo)數(shù)值1/21/23S1LV708470取板間距HT045M,HL007M,則HTHL038，查圖可知C2000760202201118C76748475/0201544923SUMSVDUMAXAX圓整后取D20MSMUMDAT/31414122空塔氣速橫截面積（2）提餾段橫坐標(biāo)數(shù)值1/21/2S2LV057980443取板間距HT045M,HL007M,則HTHL038，查圖可知C200076020222291C7687843/07319/4658SUMSVDMAXX圓整后取D220MSMUMAT/3451214322空塔氣速橫截面積35溢流裝置1堰長(zhǎng)WL取065D0652013M出口堰高本設(shè)計(jì)采用平直堰，堰上液高度HOW按下式計(jì)算近似取E12/38410AOWWLHEL（1）精餾段2/328436071401OWHM56L（2）提餾段2/38436070181OWHM5L2方形降液管的寬度和橫截面查圖得20721,04,AF07213406M,48AFWDTDDM驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間精餾段1026452793FTSHSL提餾段21605FTSA停留時(shí)間，故降液管可使用。5S降液管底隙高度1精餾段取降液管底隙的流速U013M/S,則，取HO002M1O037H2SWLMLU2提餾段，取HO0042O057H341SWLMLU因?yàn)镠O不小于20MM,所以HO滿足要求。36塔板布置及浮閥數(shù)目與排列1塔板分布本設(shè)計(jì)塔板直徑D20M,采用分塊式塔板，塔徑為20M，所以分五塊踏板。2浮閥數(shù)目與排列（1）精餾段取閥孔動(dòng)能因子F012，則孔速112095/OVFUMS（采用F1型浮閥）122437853954SOVNDU取邊緣區(qū)寬度WC006M，破沫區(qū)寬度WS011M，計(jì)算塔板上的鼓泡區(qū)面積，即22ARCSIN180AXAXRR694CDM201280652SDXW所以22223140652065940659ARCSIN48AAM在整塊式塔板中，浮閥數(shù)以等腰三角形排列，取同一豎排閥孔孔心距為T(mén)75MM，則排間距MNT870753142圖5精餾段浮閥排列考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用87MM，而應(yīng)小些，故取T75MM，按T65MM，以等腰三角形叉排方式作圖，排得閥數(shù)348個(gè)。如圖5所示。按N348重新核算孔速即閥孔功能因數(shù)124106/0398OUMS1062168OF閥孔動(dòng)能因子為1168，仍在913范圍內(nèi)，故符合要求。塔板開(kāi)孔率為，1206OU開(kāi)孔率在515范圍內(nèi)，因而符合要求。（2）提餾段取閥孔動(dòng)能因子FO9，則孔速221284/07OVFUMS。2243507859184SVNDU在分塊式塔板中，浮閥數(shù)以等腰三角形排列，按同一豎排閥孔孔心距T75MM，估算板間距取T80MM，排得浮閥數(shù)MT907524為276個(gè)，如圖6所示按N276重新核算孔速即閥孔功能因數(shù)224318/0976OUMS18F閥孔動(dòng)能因子為1202，仍在913范圍內(nèi)，故符合要求。塔板開(kāi)孔率為，1345028OU開(kāi)孔率在515范圍內(nèi)，因而符合要求。圖6提餾段浮閥排列第4章塔板的流體力學(xué)計(jì)算41氣相通過(guò)浮閥塔板的壓降可根據(jù)計(jì)算1PCH精餾段干板阻力OCVUMS因，故01OC22111064344879VOCLUHMG板上充氣液層阻力50505M1OL取，液體表面張力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不計(jì)，因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)母叨葹椋?0463508PHM110847198672PLHGPA提餾段干板阻力04CVUS因，故02OC22208741049VOCLUHMG板上充氣液層阻力5057035M12OL取，液體表面張力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不計(jì)，因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)母叨葹椋?043507PHM2207928169840PLAHGP42淹塔為了防止發(fā)生淹塔現(xiàn)象，要求控制降液管中清液高度。,DTWDPLDHHH即1精餾段單層氣體通過(guò)塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨菻P10081M液體通過(guò)降液管的壓頭損失22110370535011SDWOLHMLH板上液層高度HL007，則HD1008100310070182M。取05，已選定HT045M,HW100547M,則10540572TW可見(jiàn)，所以符合防止淹塔的要求。1DTH提餾段單層氣體通過(guò)塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨菻P20077M液體通過(guò)降液管的壓頭損失2220570153130194SDWOLHMLH板上液層高度HL007，則HD200770001900701489M。取05，已選定HT045M,HW200520M則20540521TW可見(jiàn)，所以符合防止淹塔的要求。2DTH43霧沫夾帶驗(yàn)算1360VSSLLFBZKCA泛點(diǎn)率10078VSLFTKCA泛點(diǎn)率1精餾段查得物性系數(shù)，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)10125FC224850LDZDWM236BTFA查物性系數(shù)K10，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)CF0106所以，泛點(diǎn)率124360715487057628泛點(diǎn)率12487605034對(duì)于大塔，為了避免過(guò)量霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過(guò)80，由以上計(jì)算可知，在允許的范圍之內(nèi)2提餾段查得物性系數(shù)，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)10K012FC泛點(diǎn)率58106821054737492834泛點(diǎn)率，可見(jiàn)在允許的范圍之內(nèi)。90511430278793444塔板負(fù)荷性能圖1霧沫夾帶線136VSSLLFBZKCA泛點(diǎn)率據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的霧沫夾帶線，取泛點(diǎn)率為80代入泛點(diǎn)率計(jì)算式。（1）精餾段12361504847008SSVL整理可得霧沫夾帶上限方程為93526SSVL（2）提餾段08741360490828SSV整理可得霧沫夾帶上限方程為71563SSVL表34霧沫夾帶線賦值計(jì)算LSM3/S0002001精餾段VSM3/S5823553974M3/SS0002001提餾段M3/S70120647872液泛線1TWPLDCLDHHHH由此確定液泛線，忽略式中。22/326028453401531VOSSTWWLWOWULHHEGLHL而24SOUDN精餾段2211242/3105305307850987214461SSSVLL整理后可得222/316850975SV提餾段21242/3801530534076984811SSSVLL整理后可得222/373059659SSV在操作范圍內(nèi)，任意取若干個(gè)LS值，算出相應(yīng)的VS值表35液泛線賦值計(jì)算M3/S1SL0001000300040007精餾段M3/SV7717457326875M3/S2S0001000300040007提餾段M3/S8358105799776883液相負(fù)荷上限液體的最大流量應(yīng)保證降液管中停留時(shí)間不低于35S。液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間5FTAHS以作為液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的下限，則5S3MAX0264502/FTSAHLMS4漏液線對(duì)于F1型重閥，依動(dòng)能因數(shù)作為規(guī)定氣體的最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則0F204SOVDNU（1）精餾段2231MIN0557803917/4SVVDNMS（2）提餾段2232IN0662/084SV5液相負(fù)荷下限線取堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限條件作出液相負(fù)荷下限線,該線6OWHM于氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線。代入的計(jì)算式OW2/3MIN602841060SWLL取E10，則MINSL2/331/84S6操作性能負(fù)荷圖由以上15作出精餾段和提餾段塔板負(fù)荷性能圖。如下精餾段負(fù)荷性能圖提餾段負(fù)荷性能圖由塔板負(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(diǎn)P（設(shè)計(jì)點(diǎn)）處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置；塔板的氣相負(fù)荷上限完全由物沫夾帶控制，操作下限由漏液控制；按固定的液氣比，由圖可查出塔板的氣相負(fù)荷上限，SVS/M914280653MAX氣相負(fù)荷下限/372813IN所以精餾段操作彈性，提餾段操作彈性；4571839248表36浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果計(jì)算數(shù)據(jù)項(xiàng)目符號(hào)單位精餾段提餾段備注塔徑DM22板間距HTM045045塔板類型單溢流弓形降液管分塊式塔板空塔氣速UM/S1311345堰長(zhǎng)LWM1313堰高HWM0054700520板上液層高度M007007降液管底隙高H0M002004浮閥數(shù)N348276等腰三角形叉排閥孔氣速U0M/S10661281同一橫排孔心距浮閥動(dòng)能因子F011681198相鄰橫排中心距離臨界閥孔氣速U0CM/S951131孔心距TM00750075排間距TM0065008單板壓降PPA6467269840液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間S27491769降液管內(nèi)清液層高度HDM018201489泛點(diǎn)率57925158氣相負(fù)荷上限VSMAXM3/S510606158378物沫夾帶控制氣相負(fù)荷下限VSMINM3/S891942239912漏液控制操作彈性32243718第5章塔附件設(shè)計(jì)塔的外殼多用鋼板焊接，如外殼采用鑄鐵鑄造，則往往以每層塔板為一節(jié)，然后用法蘭連接。板式塔除內(nèi)部裝有塔板、降液管及各種物料的進(jìn)出口之外，還有很多附屬裝置，如除沫器、人孔、基座，有時(shí)外部還有扶梯或平臺(tái)。此外，在塔體上有時(shí)還焊有保溫材料的支承圈。為了檢修方便，有時(shí)在塔頂裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的吊柱。一般說(shuō)來(lái)，各層塔板的結(jié)構(gòu)是相同的，只有最高一層，最低一層和進(jìn)料層的結(jié)構(gòu)有所不同。最高一層塔板與塔頂?shù)木嚯x常大于一般塔板間距，以便能良好的除沫。最低一層塔板到塔底的距離較大，以便有較大的塔底空間貯液，保證液體能有1015MIN的停留時(shí)間，使塔底液體不致流空。塔底大多是直接通入由塔外再沸器來(lái)的蒸氣，塔底與再沸器間有管路連接，有時(shí)則再塔底釜中設(shè)置列管或蛇管換熱器，將釜中液體加熱汽化。若是直接蒸汽加熱，則在釜的下部裝一鼓泡管，直接接入加熱蒸汽。另外，進(jìn)料板的板間距也比一般間距大。51接管1進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)種類很多，有直管進(jìn)料管，彎管進(jìn)料管，T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下取，4SFVDU16/FUMS38705/LPKGM731004/362485SS91D查標(biāo)準(zhǔn)系列選取68452回流管采用直管回流管，取，1/RUMS40375416RDM查標(biāo)準(zhǔn)序列取6033塔釜出料管取，。16/WUMS40576831WDM查標(biāo)準(zhǔn)系列取。74塔頂蒸汽出料管直管出氣，取出口氣速，20/UMS4105132DM查標(biāo)準(zhǔn)序列取。5395塔釜進(jìn)氣管采用直管，取氣速，2/UMS4230481DM查標(biāo)準(zhǔn)序列取。53096法蘭由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)的法蘭。（1）進(jìn)料管接管法蘭PG6DG30HG501058（2）回流管接管法蘭PG6DG30HG501058（3）塔釜出料管法蘭PG6DG40HG501058（4）塔頂蒸汽管法蘭PG6DG300HG501058（5）塔釜蒸汽進(jìn)氣法蘭PG6DG300HG50105852封頭封頭分為橢圓形封頭、蝶形封頭等幾種，本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑DG2000MM,查得曲面高度H1500MM,直邊高度H040MM,內(nèi)表面積F封43988M2容積V封1047M3。選用封頭504,173GDJB53除沫器當(dāng)空塔氣速較大，塔頂帶夜現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過(guò)程中不許出塔氣速夾帶霧低的情況下，設(shè)置除沫器，以液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及程流除沫器。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大、重量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)氣速選取系數(shù)LVUK017K81472086/UMS除沫器直徑137342SVD選取不銹鋼除沫器類型標(biāo)準(zhǔn)型，規(guī)格40100，材料不銹鋼絲網(wǎng)1GR18NI19,絲網(wǎng)尺寸圓絲054裙座塔底常用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，鏈接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內(nèi)徑800MM,故裙座壁厚取12MM?；A(chǔ)環(huán)內(nèi)徑MM3201024162BID基礎(chǔ)環(huán)外經(jīng)MMO圓整，基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18MM；170MBI230BO考慮到再沸器，裙座高度取3M，地角螺栓直徑取M3055吊柱對(duì)于較高的室外無(wú)框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對(duì)于補(bǔ)充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，既經(jīng)濟(jì)又方便的一項(xiàng)實(shí)施，一般取15M以上的塔物設(shè)吊柱，本設(shè)計(jì)中塔高度較大，因此設(shè)吊柱。本設(shè)計(jì)塔經(jīng)D2000MM，可選用吊柱500KG。S1300MM，L3900MM,H1100MM。材料為A3。56人孔人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于進(jìn)入任何一塊塔板，由于設(shè)置人孔處塔間距離大，且人孔設(shè)備過(guò)多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難于達(dá)到要求，一般每隔1020塊塔板才設(shè)一塊踏板本塔中共49塊塔板，需設(shè)置6個(gè)人孔，每個(gè)人孔直徑為450MM，在設(shè)置人孔處，板間距為600MM，裙座上應(yīng)開(kāi)兩個(gè)人孔，直徑為450MM，人孔深入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本設(shè)計(jì)也是如此。第6章塔總體高度的設(shè)計(jì)61塔的頂部空間高度塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P(pán)到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一塊板的距離500MM，塔頂部空間高度為1200MM。62塔的底部空間高度塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤(pán)到塔底下封頭切線的距離，因塔底空間具有中間儲(chǔ)槽的作用，塔釜料液最好停留1015MIN,取釜液停留時(shí)間為15MIN。60/057BSVTHTLRA157142/4219M63塔立體高度141054915022THNMHB13943頂封裙第7章塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)71設(shè)計(jì)條件1計(jì)算壓力PC11MPA；2設(shè)置地區(qū)基本風(fēng)壓值QO300N/M2，地震設(shè)防烈度為8度，設(shè)及基本地震加速度為02G，地震分組為第二組，場(chǎng)地類型為I類，地面粗糙度為B類。3塔殼外表面保溫層100MM，保溫層材料密度300KG/M34每隔十塊塔板開(kāi)設(shè)一個(gè)人孔，人孔數(shù)為4個(gè)，相應(yīng)在人孔處安裝平臺(tái)，平臺(tái)寬09M，單位質(zhì)量150KG/M2,1805塔體與封頭材料選用Q345R,其中，A170TMP，裙座材料選用Q235BA170MPA345SP95E6塔體與封頭厚度附加量C2MM，裙座厚度附加量3MM。塔體與裙座對(duì)接焊縫，塔體焊接接頭系數(shù)。8072按計(jì)算壓力計(jì)算塔體和封頭厚度1塔體厚度計(jì)算CTIPD2M6471850172考慮厚度附加量C2MM，經(jīng)圓整，取N22封頭厚度計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭MPDCTIC6371508172502考慮厚度附加量C2MM，經(jīng)圓整，取N273塔設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算1筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量M01圓筒質(zhì)量1596215MKG封頭質(zhì)量87432裙座質(zhì)量3596178MKG0123說(shuō)明（1）塔體圓筒總高度為0259HM查得DN2000MM，厚度12MM的圓筒質(zhì)量為596KG/M；查得DN2000MM，厚度12MM的橢圓形封頭質(zhì)量為438KG/M；裙座高度3000MM2塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量M02220275087549104IDKG（查得浮閥塔盤(pán)質(zhì)量為75KG/M2）3保溫層質(zhì)量032203003247852115921439085ININMDHMKG其中，為封頭保溫層質(zhì)量，KG034平臺(tái)、扶梯質(zhì)量04MFPNINIHQDBDM212402278521090160833KG說(shuō)明查得，平臺(tái)；籠式扶梯質(zhì)量；籠式扶梯總高2/15MKGQPMKGQF/40；平臺(tái)數(shù)量N6。281FHM5操作時(shí)物料質(zhì)量0522220510444IWIWIFDHNHDHV27878175891765995738124097213KG說(shuō)明精餾段物料密度，提餾段物料密度；封頭3184/M329817/KGM容積；塔釜圓筒部分深度；精餾段塔板層數(shù)N41，提餾段塔31047FVM0165H板層數(shù)N8；精餾段塔板上液層高度提餾段塔板上液層高度。47W052WH6附件質(zhì)量A按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為0125479AMKG7充水質(zhì)量W其中，22007859102471082474WIFMDHVKG。3/1KG各種質(zhì)量載荷匯總將全塔分成6段，計(jì)算下列各質(zhì)量載荷（計(jì)算中略有近似）塔段0112233445合計(jì)塔段長(zhǎng)度/MM10002000700010000913029130人孔與平臺(tái)數(shù)002226塔板數(shù)0011211749KGMI/01596119246105960555817916I225904946400411540KGI/031507200118245332MI41604172516895098KGI/0574132939237912731IA1492981153149013894479KGMIW/23027314002802082447I0745157018877190611684357096各段最小質(zhì)量/KG74515709392121651126135133全塔操作質(zhì)量/KG010230457096AMM全塔最小質(zhì)量/KGIN31水壓試驗(yàn)時(shí)最大質(zhì)量/KGMAX012034268AW74風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計(jì)算風(fēng)載荷計(jì)算示例以23段為例計(jì)算風(fēng)載P3NDLFQKE63023131式中K1體型系數(shù)，對(duì)圓筒形容器，K107Q010M高處變化基本風(fēng)壓值，Q0400N/M2F3風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查得F3100L3計(jì)算段長(zhǎng)度，L37000MM脈動(dòng)影響系數(shù)，由查得73T1塔的基本自振周期，對(duì)等直徑、等厚度圓筒截面面塔30139IEDEHM35096219021087S脈動(dòng)增大系數(shù)，根據(jù)自振周期，由表86查得1T振數(shù)系數(shù)，由表88查得3Z308Z風(fēng)振系數(shù)2K3231FZ2107127塔有效直徑。設(shè)籠扶梯與塔頂管線成，取以下A,B式中較大者ED90AB433KEOIPSOEOIEDKD22433K3400MM，取400MM，DMPSE103432901547ALA32041054318EDMB2取38EM630211EDLFQKP60724017038132N以上述方法計(jì)算出各段風(fēng)載荷，列于表81中。表81各段風(fēng)載荷計(jì)算結(jié)果計(jì)算段MLI20/N1IZIIK2IFMHIT平臺(tái)數(shù)K4MDEIPI11000400070720006921101606410026244812200040007072002122110450723002624110637000400070720180211272100102514333883224100004000707905732117601252023603184196135913040007082100021221314229132394321828315截面0051251234WILLLMPPLL800704868210211963272500241549149506795163NM截面1135246234WLLMPPL07010168196320722835712810645710245806724959NM截面223546342WLLLMPPL8701091302197831570293569NM75地震彎矩計(jì)算地震彎矩計(jì)算時(shí)，為了便于分析、計(jì)算，可將圖226簡(jiǎn)化成圖827取陰尼比為021則衰減指數(shù)9502591087TS塔的總高度2130HM全塔操作質(zhì)量5796KG重力加速度2/8SG地震影響系數(shù)MAX12150GT查得（設(shè)防烈度8級(jí)）4MAX查得30GT0248/052/521131976706129513240850247計(jì)算截面距地面高度H00截面H011截面H1000M22截面H3000M截面00GHMME135687209681230N（供參考）00881557EENM截面115352535204178HHGMME352535258960919014010N（供參考）11825639EEM截面22535253501478HHGMME352535258961091903404601N（供參考）228854617EENM76各種載荷引起的軸向應(yīng)力1計(jì)算壓力引起的軸向拉力1MPADPEIC504211其中，。MCN12操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力2截面000257968192340SBISEMGMPAAD令裙座厚度；有效厚度；。MS12MES102ESISBDA截面1102563986740SMGMPAA其中，；為人孔截面的截面積，但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得10531KGSMA28374SM截面2220054736981520IESGMPAAD其中，；。2079KGEIDA3最大彎矩引起的軸向應(yīng)力3截面0008MAXAX32214603754SBISEMMPAZD其中，008AX3WNM8MA2567102514630E891NMESISBDZ4截面118MAX39703149SMMPA其中118AXWNM18MA0256390259710E8EIDZ4截面22282MAX375102734SBMMPAZ其中228AXWNM28M0571025710E8941NMEIDZ477塔體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定校核1塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力校核截面22塔體的最大組合軸向拉慶力發(fā)生在正常操作時(shí)的22截面上。其中，；K12；。MPA170850MPAKT41738501222MAX328753PAA5MIN,IN,2TCRB滿足要求。其中，0941/094EIRA查圖59得（16MNR,）B115MPA，,K12