1、課程設計設計題目別離甲醇、水混合物的板式精餾塔設計學生徐然學號20213281專業(yè)班級化學工程與工藝10-2班指導教師姚運金 楊那么恒2021年7月26日合肥工業(yè)大學課程設計任務書設計題目別離甲醇、水混合物的板式精餾塔設計成績課程設計主要內(nèi)容設計任務：設計一座別離甲醇、水混合物的連續(xù)操作常壓精餾塔1. 生產(chǎn)能力：95000噸精甲醇/年；原料組成：甲醇70wt%，水 wt30%；產(chǎn)品組成：甲醇wt 99.9%；廢水組成：水99.5 wt %；2. 。操作條件：（1） 泡點進料，回流比需優(yōu)化。（2） 全塔壓降：0.011MPa；（3） 塔釜加熱蒸汽壓力：間接0.2MPa表壓，直接0.1MPa絕壓。

2、（4） 塔頂全凝器冷卻水進口溫度20。（5） 常壓操作。年工作日300320天，每天工作24小時。（6） 設備形式:篩板塔。（7） 安裝地點：安慶任務來源：中國石油化工股份安慶分公司設計主要內(nèi)容：工藝流程確實定，工藝流程采用計算機Aspen軟件模擬設計，塔和塔板的工藝尺寸計算，塔板的流體力學驗算及負荷性能圖，輔助設備的計算與選型，主體設備的機械設計。設計結(jié)果：1. 設計說明書一份。2. 主體設備總裝圖一張1#圖紙，帶控制點工藝流程圖3#圖紙一張。指導教師評語建議：從學生的工作態(tài)度、工作量、設計論文的創(chuàng)造性、學術性、實用性及書面表達能力等方面給出評價。簽名： 2021年 月 日供學習參考目錄摘要

3、:1關鍵詞:11 引言32 正文62.1 物性參數(shù)62.2 最小回流比和操作回流比82.2.1 物料衡算82.2.2相對揮發(fā)度確實定92.2.3 Rmin和R確實定92.3 塔板數(shù)和塔效率的計算112.3.1精餾段和提餾段氣液流量確實定112.3.2精餾段及提餾段操作線方程確實定112.3.3理論板數(shù)及全塔效率確實定122.3.4實際塔板數(shù) N152.4結(jié)構(gòu)設計152.4.1 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算152.4.1.1操作壓強152.4.1.2溫度162.4.1.3平均摩爾質(zhì)量162.4.1.4 平均密度172.4.1.5 液體外表張力182.4.1.6 液體粘度182.4.1.7 氣液負荷

4、計算192.4.2 塔和塔板主要工藝尺寸計算192.4.2.1 塔徑192.4.2.2 溢流裝置212.4.2.3塔板布置242.4.2.4篩板孔數(shù)n 與開孔率242.4.2.5塔的有效高度Z252.4.2.6 塔實際高度的計算252.4.3 篩板的流體力學驗算252.4.3.1氣體通過篩板壓降252.4.3.2霧沫夾帶量的驗算272.4.3.3漏液驗算272.4.3.4 泛液驗算272.4.4 塔板負荷性能圖282.4.4.1精餾段282.4.4.2提餾段312.4.5 附屬設備設計及接管尺寸332.4.5.1冷凝器的選擇332.4.5.2再沸器的選擇342.4.5.3換熱器的選擇352.4

5、.5.4 離心泵的選擇402.4.5.6接管尺寸412.4.5.7法蘭、封頭、裙座等432.5強度設計452.5.1 質(zhì)量載荷計算452.5.2 風載荷462.5.3 風彎矩472.5.4 地震載荷的計算472.5.4.1塔的自震周期472.5.4.2 地震載荷計算482.5.5 塔體穩(wěn)定性校核482.5.6 裙座的強度及穩(wěn)定性校核492.5.6.1 裙座底部0-0截面的強度計穩(wěn)定性校核502.5.6.2焊縫強度502.5.7裙座根底環(huán)的設計502.5.8地腳螺栓的計算512.6 設計小結(jié)523 課程設計心得54 參考文獻 55摘要:現(xiàn)要求設計一篩板式精餾塔，年產(chǎn)量9.5萬噸的甲醇-水的別離系

6、統(tǒng)，其中料液的甲醇質(zhì)量分數(shù)70%，設計要求餾出液中甲醇的質(zhì)量分數(shù)不少于99.9%，殘液中甲醇質(zhì)量分數(shù)小于0.5%。通過aspen模擬，確定最小回流比0.54，進而確定操作回流比0.84；進行相關計算，得到理論塔板數(shù)19和全塔板效率48.18%，進而得到實際塔板數(shù)38，進料板位置為第33塊塔板,由設計要求計算確定塔相關工藝尺寸塔高27米，塔徑2.2米；此外根據(jù)精餾塔工作環(huán)境，進行流體力學性能驗算，繪制負荷性能圖，對整項設計安排整理總結(jié)，畫出此篩板式精餾塔。關鍵詞:甲醇-水；篩板式精餾塔設計；aspen模擬；回流比；塔板數(shù)；負荷性能圖Abstract: Now it is requested to

7、 design a sieve-type distillation column, which guarantees the annual output of 95,000 tons of methanol. Wherein the mass fraction of liquid methanol is 70% .The methanol distillate mass fraction of design requirements is not less than 99.9% and methanol residue content is less than 0.5%. By aspen s

8、imulation, it is known that the minimum reflux ratio is 0.54 and the operating reflux ratio is 0.84. Through related calculations, the number of theoretical plates is 19 and the full tray efficiency is 48.18%. Then it is known that the actual number of plates is 38 and the location of the feed plate

9、 is 32th plate. The relevant tower process dimension, calculated and determined by the design requirements, is determined (tower height-27 meters and tower diameter-2.2 m). In addition, according to the rectification work environment, load performance diagram is drawn after checking hydrodynamic per

10、formance. Finally this sieve-type distillation column is completed.Keywords: Methanol water; sieve-type distillation column; aspen simulation; reflux ratio；number of tower plates; load performance chart 1 引言蒸餾是別離液體混合物的一種方法，是傳質(zhì)過程中最重要的單元操作之一，蒸餾的理論依據(jù)是利用溶液中各組分蒸汽壓的差異，即各組分在相同的壓力、溫度下，其探發(fā)性能不同或沸點不同來實現(xiàn)別離目的。例如

11、，設計所選取的甲醇-水體系，加熱甲醇沸點64.5和水沸點100.0的混合物時,由于甲醇的沸點較水為低,即甲醇揮發(fā)度較水高,故甲醇較水易從液相中汽化出來。假設將汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇組成高于原料的產(chǎn)品，依此進行屢次汽化及冷凝過程，即可將甲醇和水別離。這屢次進行局部汽化成局部冷凝以后，最終可以在汽相中得到較純的易揮發(fā)組分，而在液相中得到較純的難揮發(fā)組分，這就是精餾。精餾是通過汽、液兩相的直接接觸，利用組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相傳遞，難揮發(fā)組分由氣相向液相傳遞，來到達別離液體混合物的一種常用操作。精餾過程按操作壓強可分為常壓精餾、加壓精餾和減壓精餾。一般說來，當總壓強增大時

12、，平衡時氣相濃度與液相濃度接近，對別離不利，但對在常壓下為氣態(tài)的混合物，可采用加壓精餾；沸點高又是熱敏性的混合液，可采用減壓精餾。精餾是別離過程中的重要單元操作之一，精餾過程所用的設備及其相互聯(lián)系，總稱為精餾裝置，所用設備主要包括精餾塔及再沸器和冷凝器,其核心是精餾塔。常用的精餾塔又有板式塔和填料塔兩大類，通稱塔設備。精餾塔：精餾塔是一圓形筒體，塔內(nèi)裝有多層塔板或填料，塔中部適宜位置設有進料板。兩相在塔板上相互接觸時，液相被加熱，液相中易揮發(fā)組分向氣相中轉(zhuǎn)移；氣相被局部冷凝，氣相中難揮發(fā)組分向液相中轉(zhuǎn)移，從而使混合物中的組分得到高程度的別離。簡單精餾中，只有一股進料，進料位置將塔分為精餾段和提

13、餾段，而在塔頂和塔底分別引出一股產(chǎn)品。精餾塔內(nèi)，氣、液兩相的溫度和壓力自上而下逐漸增加，塔頂最低，塔底最高。別離甲醇水溶液用的是板式精餾塔，板式塔大致可分以下幾種： (一)泡罩塔泡罩塔是應用最早的氣液傳質(zhì)設備之一，其主要構(gòu)件是泡罩、升氣管及降液管。泡罩的種類很多，國內(nèi)應用較多的是圓形泡罩。泡罩塔的主要優(yōu)點：操作彈性較大，液氣比范圍大，適用于多種介質(zhì)，操作穩(wěn)定可靠；但其結(jié)構(gòu)復雜、造價高，氣體流經(jīng)曲折，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率較低。現(xiàn)雖已為其他新型塔板取代，但鑒于其某些優(yōu)點，仍有沿用。二篩板塔篩板塔是扎板塔的一種，內(nèi)裝假設干層水平塔板，板上有許多小孔，形狀如篩；并裝有溢流管或沒有溢流管。操作時

14、，液體由塔頂進入，經(jīng)溢流管一局部經(jīng)篩孔逐板下降，并在板上積存液層。氣體或蒸氣由塔底進入，經(jīng)篩孔上升穿過液層，鼓泡而出，因而兩相可以充分接觸，并相互作用。泡沫式接觸氣液傳質(zhì)過程的一種形式，性能優(yōu)于泡罩塔。為克服篩板安裝水平要求過高的困難，開展了環(huán)流篩板；克服篩板在低負荷下出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，設計了板下帶盤的篩板；減輕篩板上霧沫夾帶縮短板間距，制造出板上帶擋的的篩板和突孔式篩板和用斜的增泡臺代替進口堰，塔板上開設氣體導向縫的林德篩板。篩板塔普遍用作H2S-H2O雙溫交換過程的冷、熱塔。應用于蒸餾、吸收和除塵等。在工業(yè)上實際應用的篩板塔中，兩相接觸不是泡沫狀態(tài)就是噴射狀態(tài)，很少采用鼓泡接觸狀態(tài)的。篩板是在

15、塔板上有均布的篩孔，根據(jù)孔徑的大小，分為小孔徑篩板孔徑為3-8 mm和大孔徑篩板孔徑為10-25 mm。操作時，液體橫向流過塔板，靠溢流堰，使板上能維持一定厚度的液層，上升氣流通過篩孔分散成細小的流股，在板上液層中鼓泡而出，氣液間密切接觸而進行傳質(zhì)。在正常操作氣速下，通過篩孔上升的氣流，應能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄漏。 篩板塔的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價低，板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。其缺點是穩(wěn)定操作范圍窄，篩孔易堵塞，不適宜處理粘性大的、易結(jié)焦的和帶固體粒子的物料。但設計良好的篩板塔仍具有足夠的操作彈性，對易引起堵塞的物系可

16、采用大孔徑篩板，故近年我國對篩板的應用日益增多。 三浮閥塔 浮閥塔廣泛應用于精餾、吸收和解吸等過程。操作時，從閥孔上升的氣流，經(jīng)過閥片與塔板間的間隙與板上橫流的液體接觸。浮閥開度隨氣體負荷而變。在低氣量時，開度較小，氣體仍能以足夠的氣速縫隙，防止過多的漏液；在高氣量時，閥片自動浮起，開度增大，使氣速不至過大。浮閥塔的優(yōu)點：在塔板的開孔上裝有可浮動的浮閥，氣流從浮閥周邊以穩(wěn)定的速度水平地進入塔板上液層進行兩相接觸。浮閥可根據(jù)氣流量的大小而上下浮動，自行調(diào)節(jié)。盤式浮閥塔的主要優(yōu)點是生產(chǎn)能力大，操作彈性較大，別離效率較高，浮閥塔的結(jié)構(gòu)比泡罩塔簡單。 再沸器：作用：用以將塔底液體局部汽化后送回精餾塔，

17、使塔內(nèi)氣液兩相接觸傳質(zhì)得以進行。本設計采用釜式再沸器，釜式再沸器有一個擴大的殼體，汽液別離過程在殼體中進行。液面通過一個垂直的擋板來維持，以保證管束完全浸沒在液體中，管束通常為兩管程的u形管結(jié)構(gòu)，也可以為多管程的浮頭式結(jié)構(gòu)。水動力對釜式再沸器影響很小，因此其性能相對可靠，特別在高真空條件下，其性能更好。通過增加管間節(jié)距，可獲得很高的熱流密度，在小溫差的條件下，可獲得良好的運行狀況。釜式再沸器的缺點是容易結(jié)垢，通常為所有類型再沸器中最容易結(jié)垢的一類，此外，殼體較大，造價較高。釜式再沸器的最正確應用場合是低壓、窄沸點范圍以及小溫差或大溫差條件下的潔凈流體對于近臨界壓力的條件，盡管殼體較大，造價高，

18、但性能較為可靠。冷凝器：用以將塔頂蒸氣冷凝成液體，局部冷凝液作塔頂產(chǎn)品，其余作回流液返回塔頂，使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以繼續(xù)，本設計中采用全凝器。離心泵：離心泵是利用葉輪旋轉(zhuǎn)而使水產(chǎn)生的離心力來工作的。水泵在啟動前，必須使泵殼和吸水管內(nèi)充滿水，然后啟動電機，使泵軸帶動葉輪和水做高速旋轉(zhuǎn)運動，水在離心力的作用下，被甩向葉輪外緣，經(jīng)蝸形泵殼的流道流入水泵的壓水管2 正文2.1 物性參數(shù)甲醇和水的物理性質(zhì)：表1.1 根本參數(shù)工程分子式分子量M沸點，甲醇ACH4O32.0464.96水BH2O18.016100表1.2常壓下甲醇水的氣液平衡數(shù)據(jù)溫度/液相中甲醇的摩爾分數(shù)氣相中甲醇的摩爾分數(shù)溫度/液

19、相中甲醇的摩爾分數(shù)氣相中甲醇的摩爾分數(shù)1000075.30.40.72996.40.020.13473.10.50.77993.50.040.23471.20.60.82591.20.060.30469.30.70.8789.30.080.36567.60.80.91587.70.10.418660.90.95884.40.150.517650.950.97981.70.20.57964.511780.30.665表1.3Antoine數(shù)值組分ABC甲醇8.080971582.271239.726水8.071311730.630233.426表1.4 甲醇和水的物理性質(zhì)水的重要物理性質(zhì)溫度t/

20、密度/kg/m3黏度/mPa.s張力/mN/m比熱容Cp /Kj/kg.k20998.21.00572.604.18360983.20.468866.204.17870977.80.406164.304.18780971.80.356562.604.19590965.30.316560.704.208100958.40.283858.804.220甲醇的重要物理性質(zhì)溫度t/密度/kg/m3黏度/mPa.s張力/mN/m比熱容Cp /Kj/kg.k20804.80.580022.0724.115360761.10.344017.3326.175470749.40.307016.1827.7197

21、80737.40.277015.0427.278490724.90.250013.9127.8555100712.00.228012.8028.4587由以上數(shù)據(jù)可得到平衡相圖：圖2.1 甲醇-水平衡相圖2.2 最小回流比和操作回流比2.2.1 物料衡算一 料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含苯摩爾分數(shù)由平衡相圖可知：TF=71.827 TD=64.56 TW=99.49二 平均摩爾質(zhì)量進料量D13194kg/h，進料組成，進料q1設計要求：，衡算方程 ： 2.2.2相對揮發(fā)度確實定飽和蒸汽壓甲醇、水的飽和蒸汽壓可用Antoine方程求算，即式中 t-物系溫度，； P0-飽和蒸汽壓，kPa； A、B、C-A

22、ntoine常數(shù)，其值見表1.3：2.2.3 Rmin和R確實定用aspen簡潔模塊模擬最小回流比模擬過程如圖：圖2.2簡潔計算操作條件圖2.3簡捷計算定義進料簡潔計算結(jié)果：圖2.4簡捷計算所得最小回流比另外根據(jù)根據(jù)aspen模擬數(shù)據(jù)畫出回流比和塔板數(shù)的曲線關系圖：圖2.5回流比和理論塔板數(shù)關系圖可知最小回流比0.54,另外取曲線最平緩處為實際回流比，所以實際操作回流比為0.84，因為在1.22之間，所以滿足條件。2.3 塔板數(shù)和塔效率的計算2.3.1精餾段和提餾段氣液流量確實定精餾段：提餾段：2.3.2精餾段及提餾段操作線方程確實定精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：2.3.3理論板數(shù)及全塔

23、效率確實定當回流比是0.84時，理論板數(shù)由aspen模擬得：圖2.6簡捷模塊所得的理論板數(shù)通過aspen精細模塊模擬檢驗是否正確，步驟如下：首先建立模型：圖2.7 簡捷模型然后定義進料:圖2.8進料的組成圖2.9精細計算輸入總板數(shù)及回流比圖2.10精細計算輸入精料位置用精細模塊計算：圖2.11精細計算輸入應變量所得結(jié)果如下：圖2.12精細計算的別離能力圖2.13精細計算塔板的摩爾分率所以可知理論總板為19，加料板為第15塊板全塔效率由以下公式計算：根據(jù)塔頂、塔底液相組成查溫度組成圖，求得平均溫度為76.93，查得液相平均黏度為：2.3.4實際塔板數(shù) N總板數(shù)精餾段 提餾段 2.4結(jié)構(gòu)設計2.4

24、.1 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算2.4.1.1操作壓強精餾段：塔頂壓強 ，取每層塔板壓強降，那么進料板壓強精餾段平均操作壓強同理，提餾段平均操作壓強2.4.1.2溫度根據(jù)操作壓強，依 和安托因方程 試差求得： 塔頂 進料板，精餾段平均溫度塔底 2.4.1.3平均摩爾質(zhì)量由公式可求出相對應的氣液相摩爾分率塔頂進料板塔底那么精餾段平均摩爾質(zhì)量 提餾段平均摩爾質(zhì)量2.4.1.4 平均密度1液相密度依下式塔頂進料板，由加料板液相組成，塔底， 故精餾段平均液相密度提餾段平均液相密度2、氣相密度由 可求得：2.4.1.5 液體外表張力2.4.1.6 液體粘度 精餾段提餾段2.4.1.7 氣液負荷計算精餾段

25、氣液負荷計算 提餾段氣液負荷計算2.4.2 塔和塔板主要工藝尺寸計算2.4.2.1 塔徑在嚴格法精餾設計模型RadFrac中利用Tray Sizing算出塔徑為2.11m。圖2.14模擬所得的塔板尺寸數(shù)據(jù)常用標準塔徑mm表2.1塔徑規(guī)格400500600700800100012001400160020002200再由表3-1圓整到2200mm。并在Tray Rating中將塔徑進行圓整并進行校核。圖2.15對塔板尺寸進行圓整圖2.16圓整后所得的結(jié)果上圖中兩個參數(shù)十分重要，Maximum flooding factor要小于0.8，Maximum backup / Tray spacing要在

26、0.25-0.5之間，圖中限制兩個值都是符合標準的，說明模擬中所設參數(shù)合理。2.4.2.2 溢流裝置 采用單溢流、弓形降液管、平形受液盤及平形溢流堰，不設進口堰。精餾段：1. 溢流堰長圖2.17模擬所得精餾段堰長可知溢流堰長1.53m2.出口堰高查液流收縮系數(shù)計算圖，2. 降液管的寬度和截面積:由模擬數(shù)據(jù)可知： 液體在降液管中停留時間： 符合要求。4.降液管底隙高度提餾段：1. 溢流堰長圖2.18模擬所得提餾段堰長所以可知溢流堰長為1.342.出口堰高查液流收縮系數(shù)計算圖，3.降液管的寬度和截面積:由模擬數(shù)據(jù)可得： 液體在降液管中停留時間： 符合要求。4.降液管底隙高度2.4.2.3塔板布置

27、取邊緣區(qū)寬度 安定區(qū)寬度 依公式計算有效面積其中：2.4.2.4篩板孔數(shù)n 與開孔率 取篩孔的孔徑，正三角形排列，一般碳鋼的板厚， 取， 故 孔中心距 塔板上的開孔率那么每層塔板上的開孔面積為：塔板上的篩孔數(shù) 氣體通過篩板的氣速：2.4.2.5塔的有效高度Z塔板間距取：0.6精餾段 ： 提餾段 ：2.4.2.6 塔實際高度的計算塔的高度可由下式計算塔頂空間：，取1.8倍得塔底空間：實際塔板數(shù)為N=38塊，板間距為0.60m，每隔7塊板設一人孔，人孔直徑500mm，深處塔體的筒體長220mm人孔中心距操作平臺100mm，人孔處板間距800mm那么2.4.3 篩板的流體力學驗算2.4.3.1氣體通

28、過篩板壓降 1.與干板壓降相當?shù)囊褐叨葧r2.與氣流穿過板上液層壓降相當?shù)囊褐叨扔纱瞬橄嚓P數(shù)據(jù)可得板上液層充氣系數(shù)那么由此查得那么 3. 與克服液體外表張力壓降相當?shù)囊褐叨饶敲礆怏w通過篩板壓降相當?shù)囊褐叨龋河傻脝伟鍓航担?.4.3.2霧沫夾帶量的驗算在設計負荷下均不會發(fā)生過量霧沫夾帶。2.4.3.3漏液驗算由可得：篩板的穩(wěn)定性系數(shù)在設計負荷下不會產(chǎn)生過量漏液2.4.3.4 泛液驗算為防止降液管液泛的發(fā)生，應使將液管中清液層高度。取，那么精餾段不發(fā)生液泛提餾段不發(fā)生液泛。2.4.4 塔板負荷性能圖2.4.4.1精餾段1、漏液線氣相負荷下限線，操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依4公式計算相應的值于下

29、表：Ls0.0010.010.040.07Vs2.322.603.053.352、霧沫夾帶線帶入取，那么得到操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依1公式計算相應的值于下表：Ls0.0010.010.040.07Vs11.039.938.507.203、液相負荷下限線取平頂直堰堰上液層高度作為液相負荷下限條件,那么取E=1,整理上式得，在圖上處作垂線即為液相負荷下限線。4、液相負荷上限線取液體在降液管中停留時間為作為液體在降液管中停留時間的下限，那么5、液泛線有整理得：操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依2公式計算相應的值于下表：Ls0.040.050.060.065Vs10.428.936.785.41精餾段負荷性

30、能圖圖2.19精餾段負荷性能圖精餾段操作彈性2.4.4.2提餾段按計算精餾段負荷性能線方法，依次求得：1、漏液線氣相負荷下限線，操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依4公式計算相應的值于下表：Ls0.0010.010.040.07Vs2.232.553.083.432、霧沫夾帶線帶入取，那么得到操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依1公式計算相應的值于下表：Ls0.0010.010.040.07Vs13.6412.209.417.323、液相負荷下限線取平頂直堰堰上液層高度作為液相負荷下限條件,那么取E=1,整理上式得，在圖上處作垂線即為液相負荷下限線。4、液相負荷上限線取液體在降液管中停留時間為作為液體在降液管中停

31、留時間的下限，那么5、液泛線有整理得：操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依2公式計算相應的值于下表：Ls0.010.030.050.07Vs17.4916.0613.8910.39提餾段負荷性能圖圖2.20提餾段負荷性能圖提餾段操作彈性2.4.5 附屬設備設計及接管尺寸2.4.5.1冷凝器的選擇有機物蒸汽冷凝器設計選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為取傳熱系數(shù)K：料液溫度：64.56飽和氣64.56飽和液冷卻水溫度：2050逆流操作：查液體的氣化潛熱圖，可知塔頂溫度64.56下，甲醇的氣化潛熱：水的氣化潛熱：傳熱面積：設備型號：BEM800-4.0-145-6/25-6REa(b)2.4.5.2再沸器的選擇選用

32、120飽和水蒸汽加熱，傳熱系數(shù)取料液溫度：99.49100，熱流體溫度：120120逆流操作： 查液體的氣化潛熱圖，可知塔底溫度99.49下，甲醇的汽化潛熱：水的汽化潛熱：換熱面積：設備型號：BIUX(Y)600-6.4/1.6-130-6/19-4REa(b)2.4.5.3換熱器的選擇換熱器的選擇使用aspen模擬，先進行簡捷計算圖2.22 建立模型圖2.22定義換熱器條件此為工作條件的設置，然后進行模擬得到結(jié)果如下：圖2.23簡捷計算換熱器數(shù)據(jù)再進行精細模塊的模擬：圖2.24換熱器精細計算的設置然后對換熱器各局部進行設置圖2.25定義換熱器殼程圖2.26定義換熱器管程圖2.27定義換熱器折

33、流板圖2.28定義換熱器管口運行模擬得到如下參數(shù)：圖2.29換熱器參數(shù)圖2.30換熱器殼程參數(shù)圖2.31換熱器管程參數(shù)圖2.32換熱器折流板參數(shù)所以換熱器型號為BEM1100-4.0-392.8-6/25-4REa(b)2.4.5.4 離心泵的選擇圖2-33模擬總流程圖在aspen中做出整個的流程，進行離心泵的模擬。通過計算離心泵的出口壓力要到達178KPa，圖2-34離心泵出口壓力輸入泵的模擬所需要輸入的參數(shù)如上，根據(jù)伯努利方程計算可得出口壓力233Kpa，水力學效率0.65，驅(qū)動機效率0.96此為模擬后所得到的結(jié)果：圖2-35離心泵模擬后所得結(jié)果根據(jù)以上結(jié)果選擇IS865-50-160型號

34、的泵2.4.5.6接管尺寸1 接管 1.進料管泡點進料，泡點溫度 查甲醇、水密度與溫度關系圖可知泡點溫度下 進料體積流量： 取管內(nèi)流速，那么進料管管徑：，查化工原理P415熱軋無縫鋼管規(guī)格表，選擇規(guī)格為的熱軋無縫鋼管此時管內(nèi)流體流速2. 釜液出口管釜液，由前計算可知出料溫度，所以那么體積流量取塔液出塔的速度 那么出料管管徑，查化工原理P415熱軋無縫鋼管規(guī)格表，選擇規(guī)格為的熱軋無縫鋼管此時管內(nèi)流體流速3. 回流管塔頂，由前計算知流液溫度 ，那么其體積流量：,取回流液的速度 ，那么回流管管徑 查化工原理P415熱軋無縫鋼管規(guī)格表，選擇規(guī)格為的熱軋無縫鋼管此時管內(nèi)流體流速4. 塔頂蒸汽出口，取流速

35、 ，查GB無縫鋼管規(guī)格表，選擇規(guī)格為無縫鋼管此時管內(nèi)流體流速 5.塔釜蒸汽進氣口管徑取流速 ，查GB無縫鋼管規(guī)格表，選擇規(guī)格為無縫鋼管2.4.5.7法蘭、封頭、裙座等1.法蘭由于常壓操作，所有法蘭均采用標準管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應法蘭。 進料管接管法蘭：PN0.6DN60HG20592 塔釜出料管法蘭：PN0.6DN65HG20592 回流管接管法蘭：PN0.6DN60HG20592 塔頂蒸汽出口管法蘭：PN0.6DN400HG20592塔釜蒸汽進氣管法蘭：PN0.6DN600HG205922.封頭封頭分為橢圓形封頭、蝶形封頭等幾種，本設計采用橢圓形封頭，為方便焊接，取厚度

36、12mm。3. 筒體厚度 Q235在120左右的許用應力為：公稱直徑 ，塔體焊接接頭系數(shù)，采用雙面對接焊，局部無損傷，查的取12mm 4.裙座：塔底采用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是 塔設備的主要支座形式。為制作方便，裙座一般采用圓形，由于裙座 內(nèi)徑>1800mm，故裙座壁厚取12mm根底環(huán)內(nèi)徑： 根底環(huán)外徑： 圓整：, 根底環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18mm；考慮到再沸器，裙座高度取3m，地角螺栓直徑取M56。5. 吊柱對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設置吊柱，對于補充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，既經(jīng)濟又方便的一項實施，一般取15m以上的塔物設吊柱，本設

37、計中塔高度較大，因此設吊柱。本設計塔徑D=2200mm，可選用吊柱500kg。S=1800mm，L=4250mm,H=1250mm。材料為Q235A。6. 人孔人孔是安裝或檢修人員進出塔的唯一通道，人孔的設置應變于進入任何一層塔板，由于設置人空處塔間距離大，且人孔設備過多會使制造時塔體的彎曲度難以到達要求，一般每隔塊板才設一個人孔，本塔中共38塊板，設置個6人孔，每個孔直徑500 mm,在設置人孔處，板間距為1000mm.裙座上應開2個人孔，直徑為500 mm,人孔伸入塔內(nèi)部應與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭密封面形及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同。2.5強度設計2.5.1 質(zhì)量載

38、荷計算塔體質(zhì)量裙座質(zhì)量人孔、法蘭、接管等質(zhì)量內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量(篩板650N/m2 )保溫層質(zhì)量注：取保溫層厚度為100mm，密度為300Kg/m3平臺質(zhì)量：操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量充滿水：操作質(zhì)量2.5.2 風載荷將塔分成3段，每段10米其中空氣動力系數(shù)風震系數(shù) 根本風壓假定在安慶郊區(qū)建廠，那么如下: 0-10m 10-20m 20-26.7424m塔體各段風力:3.2195-10m 10-20m20-26.7424m2.5.3 風彎矩截面劃分為00截面為裙座底部截面，11截面為塔體底部截面。11截面彎矩：式中：-塔體1-1截面到標高5m處的距離-對應于段的風力00截面彎矩：式中：-裙座底部到標高5m處的

39、距離=10-2.5=7.5m-對應于段的風力2.5.4 地震載荷的計算2.5.4.1塔的自震周期其中：H-塔的總高度，mmm0-塔在操作時的總質(zhì)量，kge-塔殼的有效壁厚，mm-塔殼內(nèi)徑，mmE-塔壁材料的彈性模量，MPa2.5.4.2 地震載荷計算 查得地震烈度為7時，地震影響系數(shù)的最大值類場地上：確定危險截面：00截面為裙座底部截面，11截面為塔體底部截面。由于是立式設備，所以取結(jié)構(gòu)系數(shù)CZ=0.500截面地震彎矩：11截面地震彎矩：h-塔體底部高度，mCZ-結(jié)構(gòu)系數(shù)-地震影響系數(shù)2.5.5 塔體穩(wěn)定性校核塔壁厚：又按剛度條件，所以，考慮到塔較高，風荷較大，封頭厚=壁厚假設，那么塔底危險截

40、面1-1穩(wěn)定性校驗：，當150時，又，所以滿足抗壓強度及軸向穩(wěn)定性1-1截面抗拉因為，所以滿足抗拉。所以壁厚12mm符合條件2.5.6 裙座的強度及穩(wěn)定性校核設裙座厚度，厚度附加量C=1mm,那么裙座有效厚度裙座底部0-0截面的軸向應力計算操作時全塔質(zhì)量引起的壓應力為風載荷引起的0-0截面彎曲應力2.5.6.1 裙座底部0-0截面的強度計穩(wěn)定性校核設計時采用Q235,>裙座出現(xiàn)失穩(wěn)之前材料已經(jīng)到達彈性極限，因此強度是主要的制約因素由于所以滿足強度及穩(wěn)定性要求。2.5.6.2焊縫強度裙座與塔體采用對接焊，局部無損探傷，承受的組合拉應力為查表知鋼制壓力容器中使用的鋼板需用應力表?化工設備機械

41、根底?得Q235在操作溫度下的許用應力,故焊縫強度足夠。2.5.7裙座根底環(huán)的設計裙座通過根底環(huán)將設備質(zhì)量和風載荷傳遞到混凝土根底上，根底環(huán)設計包括下述幾個方面：（1） 根底環(huán)內(nèi)、外徑確實定根底環(huán)內(nèi)徑：取1900mm根底環(huán)外徑： 取2500mm2根底環(huán)的厚度設計由于塔較高，材料選用16Mn，選n=20個均布的地腳螺栓，將根底固定在混凝土根底上，設地筋板厚度為：,那么筋板間的距離為根底環(huán)外伸寬度b為那么兩筋板間的根底環(huán)局部的寬長比為 查得時根底環(huán)采用Q235鋼，那么其厚度為式中: -計算力矩/N.mm/mm；-材料的強度極限/MP；考慮腐蝕余量，取,再經(jīng)過圓整得根底環(huán)厚度2.5.8地腳螺栓的計算

42、取螺栓由于>0所以為拉應力，可能翻到須安裝螺栓，用16Mn，應選用M24的地腳螺栓2.6 設計小結(jié)工程符號單位計算數(shù)據(jù)精餾段提餾段各段平均壓強115.108121.208各段平均溫度68.1985.66平均流量氣相5.1773.69液相0.00290.0075實際塔板數(shù)塊326板間距0.600.60塔的有效高度18.63.6塔徑2.22.2空塔氣速1.180.87塔板液流形式單流型溢流裝置溢流管形式弓形堰長1.531.34堰高0.0450.045溢流堰寬度0.3290.289管底與受液盤距離0.0390.039板上清液層高度0.0550.057孔徑66孔心距1818孔數(shù)個92219221開孔面積0.3800.380篩孔氣速13.69.7塔板壓強降628.45