1、長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)分離乙醇-水混合液(20萬噸/年)的浮閥精餾塔設(shè)計(jì)第一章 緒論1.1概述塔設(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)備中完成的常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中，塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，都有重大的影響。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，塔設(shè)備的投資費(fèi)用占整個(gè)工藝設(shè)備投資用的較大比例；它所耗用的鋼材重

2、量在各類工藝設(shè)備中也屬較多。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，受到化工、煉油等行業(yè)的極大重視。塔設(shè)備經(jīng)過長期發(fā)展，形成了形式繁多的結(jié)構(gòu)，以滿足各方面的特殊需要。為了便于研究和比較，人們從不同的角度對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行分類。例如：按操作壓力分為加壓塔、常壓塔和減壓塔；按單元操作分為精餾塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反應(yīng)塔和干燥塔；按形成相際接觸界面的方式分為具有固定相界面的塔和流動(dòng)過程中形成相界面的塔；也有按塔釜形式分類的。但是長期以來，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，還有幾種裝有機(jī)械運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的塔。在板式塔中，塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤，氣體以鼓泡或噴射的形式穿過塔盤上的液層使兩相密切接觸，進(jìn)行

3、傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。在填料塔中，塔內(nèi)裝填一定段數(shù)和一定高度的填料層，液體沿填料表面呈膜狀向下流動(dòng)，作為連續(xù)相的氣體自下而上流動(dòng)，與液體逆流傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈連續(xù)變化。隨著塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，各工業(yè)國家還陸續(xù)制訂了多種氣液接觸元件及有關(guān)塔盤制造、安裝、驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和技術(shù)條件等，以保證塔設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量和縮短其制造、安裝周期，進(jìn)而減少設(shè)備的投資費(fèi)用。當(dāng)然，盲目地套用標(biāo)準(zhǔn)或是忽視標(biāo)準(zhǔn)等的修訂工作，也會(huì)對(duì)技術(shù)的發(fā)展起到阻礙作用。目前，我國常用的板式塔型仍為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和舌形塔等，填料種類除拉西環(huán)、鮑爾環(huán)外，階梯環(huán)以及波紋填料、金屬絲網(wǎng)填料等規(guī)整填料也常采用。近年

4、來，參考國外塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，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、導(dǎo)向篩板、網(wǎng)孔塔盤等，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)開孔率篩板、浮閥-篩板復(fù)合塔盤等多種塔型的試驗(yàn)工作也在進(jìn)行，有些以取得了一定的成果或用于生產(chǎn)。乙醇-水是工業(yè)上最常見的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，是無色、無毒、無致癌性、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，由于燃料價(jià)格的上漲，乙醇燃料越來越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢，且已在鄭州、濟(jì)南等地的公交、出租車行業(yè)內(nèi)被采用。山東業(yè)已推

5、出了推廣燃料乙醇的法規(guī)。長期以來，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說產(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)備是非常重要的。1.2畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)題目名稱：分離乙醇-水混合液(20萬噸/年)的浮閥精餾塔設(shè)計(jì)題目內(nèi)容：設(shè)計(jì)一座浮閥精餾塔，滿足下列條件。(1)生產(chǎn)能力：年處理乙醇-水混合液20萬噸(開工率300天/年)；(2)原料：乙醇含量為30%(質(zhì)量百分比)的常溫液體；(3)分離要求：塔頂乙醇含量不低于90%，塔底乙醇含量不高于0.5%；(4)建廠地址：長春。題目要求：(1)對(duì)浮閥精餾塔(20萬噸/年)進(jìn)行工藝計(jì)

6、算、強(qiáng)度計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等；(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足給定的工藝要求，嚴(yán)格按照塔設(shè)備及壓力容器的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)；(3)采用計(jì)算機(jī)繪圖，圖紙總量不少于3張0#圖；(4)編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，內(nèi)容不少于35頁，書寫格式嚴(yán)格按學(xué)校有關(guān)規(guī)定。(5)科技文獻(xiàn)翻譯(英譯漢，不少于2萬英文字符)。1.3研究路線塔設(shè)備的設(shè)計(jì)一般包括兩個(gè)部分：工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)中要初步確定各階段混合物的物理特性，由計(jì)算得出的具體數(shù)據(jù)再進(jìn)行塔段的最基本設(shè)計(jì)，主要是與塔板有關(guān)的各種計(jì)算，在工藝設(shè)計(jì)的最后還要進(jìn)行塔的附屬設(shè)備設(shè)計(jì)。進(jìn)入塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)部分后，塔的結(jié)構(gòu)形式漸漸明朗化。機(jī)械部分要解決的問題，除了確定塔設(shè)備的各細(xì)

7、節(jié)結(jié)構(gòu)外，更重要的就是要做各種校核工作，以保證設(shè)計(jì)完成的塔設(shè)備不僅能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且必須符合國家安全生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。其校核內(nèi)容主要包括：質(zhì)量載荷、地震載荷、風(fēng)載荷等，還包括強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核。在完成設(shè)計(jì)部分的任務(wù)后，就進(jìn)入畫圖階段。圖紙包括一張裝配圖和若干零件圖，均采用計(jì)算機(jī)繪圖，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行繪制。第二章 塔板的工藝設(shè)計(jì)2.1精餾塔全塔物料恒算F：原料液流量（）：原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）D：塔頂產(chǎn)品流量（）：塔頂組成W：塔底殘液流量（）：塔底組成原料乙醇組成：= (2-1)塔頂組成：= (2-2)塔底組成：= (2-3)進(jìn)料量：F (2-4)物料恒算式為： (2-5) (2-6)聯(lián)立代入

8、求解：2.2乙醇-水氣液平衡的物理性質(zhì)表2-1 乙醇-水氣液平衡組成（摩爾）與溫度的關(guān)系溫度/液相氣相1000095051.9017.0089.07.2138.9186.79.6643.7585.312.3847.0484.116.6150.8982.723.3754.4582.326.0855.8081.532.7359.2680.739.6561.2279.850.7965.479.751.9865.9979.357.3268.4178.7467.6373.8578.4174.7278.1578.1589.4389.432.2.1溫度利用表中數(shù)據(jù)由拉格郎日插值可求得、： (2-7)： (2

9、-8)： (2-9)1.精餾段平均溫度： (2-10)2.提餾段平均溫度： (2-11)2.2.2密度已知：混合液密度： (2-12)其中：為品質(zhì)分率，為平均相對(duì)分子質(zhì)量混合氣密度： (2-13)1.精餾段：液相組成： (2-14)氣相組成： (2-15)所以 (2-16) (2-17)2.提餾段：液相組成： (2-18)氣相組成： (2-19)所以 (2-20) (2-21)表2-2 不同溫度下乙醇和水的密度溫度/80735971.885730968.690724965.395720961.85100716958.4求得在與下的乙醇和水的密度， (2-22) (2-23)同理：，在精餾段：

10、(2-24)氣相密度： (2-25)在提餾段：液相密度 (2-26)氣相密度： (2-27)2.2.3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： (2-28)注：，式中下腳標(biāo)，w、o、s分別代表水、有機(jī)物及表面部分，、指主體部分的分子數(shù)，、指主體部分的分子體積，、為純水、有機(jī)物的表面張力，對(duì)乙醇。1.精餾段表2-3不同溫度下的表面張力溫度708090100乙醇表面張力/N/1817.1516.215.2水表面張力/N/64.362.660.758.8 (2-29) (2-30)乙醇表面張力： (2-31)水表面張力： (2-32) (2-33)因?yàn)?，所?(2-34) (

11、2-35) (2-36)聯(lián)立方程組，代入求得：，2.提餾段：，乙醇表面張力：解得：水表面張力：解得：因?yàn)?，所?聯(lián)立方程組 ，代入求解得：，2.2.4混合物的粘度，計(jì)算得：，計(jì)算得：，精餾段黏度： (2-37)提餾段粘度： (2-38)2.2.5相對(duì)揮發(fā)度1.精餾段揮發(fā)度：由，得，所以 (2-39)2.提餾段揮發(fā)度：由，得，所以 (2-40)2.2.6氣液相體積流量計(jì)算根據(jù)x-y圖得： (2-41)取 (2-42)1.精餾段： (2-43) (2-44)已知：， ，則由質(zhì)量流量：體積流量： (2-45) (2-46)2.提餾段：因本設(shè)計(jì)為飽和液體進(jìn)料，所以已知：， ，則有質(zhì)量流量：體積流量：2

12、.3理論塔板的計(jì)算理論板：指離開這種板的氣液兩相互成平衡，而且塔板上液相組成均勻。理論板的計(jì)算方法：可采用逐板計(jì)算法，圖解法，在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用圖解法。根據(jù)下，乙醇-水的氣液平衡組成關(guān)系可繪出平衡曲線即x-y曲線圖，泡點(diǎn)進(jìn)料，所以，即為一直線，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：，所以，。已知：精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：在圖上做操作線，由點(diǎn)起在平衡線與操作線間畫階梯，過精餾段操作線與線交點(diǎn)，直到階梯與平衡線交點(diǎn)小于為止，由此得到理論板32塊（包括再沸器），加料板為第27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)及流體力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，它反映了實(shí)際塔板上

13、傳質(zhì)過程進(jìn)行的程度。板效率可用奧康奈爾公式計(jì)算。注：塔頂與塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度1.精餾段已知：，所以： (2-47)，故塊 (2-48)2.提餾段已知：，所以：故13塊。全塔所需實(shí)際塔板數(shù)：塊全塔效率：加料板位置在第69塊塔板。2.4塔徑的初步設(shè)計(jì)1.精餾段由， (2-49) (2-50)式中可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出：橫坐標(biāo)數(shù)值： (2-51)取板間距：，則查圖可知： (2-52) (2-53)圓整：橫截面積： (2-54)空塔氣速： (2-55)2.提餾段橫坐標(biāo)數(shù)值：取板間距：，則查圖可知：，圓整：橫截面積：空塔氣速：2.5溢流裝置2.5.1堰長取 (2-56

14、)出口堰高：本設(shè)計(jì)采用平直堰，堰上液高度按下式計(jì)算：近似取， (2-57)1.精餾段 (2-58)2.提餾段2.5.2方形降液管的寬度和橫截面查圖得：，則 ，驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間：精餾段： (2-59)提餾段：停留時(shí)間：，故降液管可使用。2.5.3降液管底隙高度1.精餾段取降液管底隙的流速則：，取 (2-60)2.提餾段取則：，取。因?yàn)椴恍∮冢蕽M足要求。2.6塔板布置及浮閥數(shù)目與排列2.6.1塔板分布本設(shè)計(jì)塔徑，采用分塊式塔板，以便通過人孔裝拆塔板。2.6.2浮閥數(shù)目與排列1.精餾段取閥孔動(dòng)能因子，則孔速為： (2-61)每層塔板上浮閥數(shù)目為：塊（采用型浮閥） (2-62)取邊緣區(qū)寬度，破沫

15、區(qū)寬度計(jì)算塔板上的鼓泡區(qū)面積，即： (2-63)其中 (2-64) (2-65)浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個(gè)橫排的孔心距，查表，。按重新核算孔速及閥孔功能因數(shù)：，閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在范圍內(nèi)，塔板開孔率2.提餾段取動(dòng)能因子，則每層塔板上浮閥數(shù)目為：塊按，排得閥數(shù)為359塊。按塊重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)：閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在范圍內(nèi)，塔板開孔率2.7氣相通過浮閥塔板的壓降可根據(jù)計(jì)算1.精餾段(1)干板阻力 (2-66)因?yàn)?，?(2-67)(2)板上充氣液層阻力 取，(3)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?(2-68)

16、 (2-69)2.提餾段(1)干板阻力 。因，故 (2)板上充氣液層阻力 取，(3)表面張力所造成的阻力 此阻力很小，可忽略不計(jì)，因此與單板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋?.8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，即 (2-70)1.精餾段(1)單層氣體通過塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?2)液體通過降液管的壓頭損失： (2-71)(3)板上液層高度：，則取，已選定，則?？梢姡苑戏乐寡退囊?。2.提餾段(1)單板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?2)液體通過降液管的壓頭損失：(3)板上液層高度：，則取，則，可見，所以符合防止淹塔的要求。2.9物沫夾帶1.精餾段泛點(diǎn)率 (2-72)泛點(diǎn)率 (2

17、-73)板上液體流經(jīng)長度： (2-74)板上液流面積： (2-75)查物性系數(shù)，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖泛點(diǎn)率泛點(diǎn)率對(duì)于大塔，為了避免過量物沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過，由以上計(jì)算可知，物沫夾帶能夠滿足的要求。2.提餾段取物性系數(shù)，泛點(diǎn)負(fù)荷數(shù)圖，泛點(diǎn)率泛點(diǎn)率由計(jì)算可知，符合要求。2.10塔板負(fù)荷性能圖2.10.1物沫夾帶線泛點(diǎn)率據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的物沫夾帶線，按泛點(diǎn)率計(jì)算：1.精餾段整理得：，即由上式知物沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)值，算出。2.提餾段：整理得：，即表2-4 物沫夾帶數(shù)值精餾段0.0020.016.235.80提餾段0.0020.017.426.892.10.2液泛線 (2-

18、76)由此確定液泛線，忽略式中 (2-77)而1.精餾段整理得：2.提餾段整理得：在操作范圍內(nèi)，任取若干個(gè)值，算出相應(yīng)的值：表2-5 液泛數(shù)值精餾段提餾段0.0018.30.00110.830.0038.050.00310.50.0047.930.00410.370.0077.530.0079.972.10.3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，液體降液管內(nèi)停留時(shí)間，以作為液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的下限，則： (2-78)2.10.4漏液線對(duì)于型重閥，依作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)。 (2-79)1.精餾段：2.提餾段：2.10.5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

19、件作出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無關(guān)的豎直線。 (2-80)取，則 (2-81)由以上作出塔板負(fù)荷性能圖，由圖可看出：圖2-1 塔板負(fù)荷性能圖(精餾段)圖2-2 塔板負(fù)荷性能圖(提餾段)(1)在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置；(2)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；(3)按固定的液氣比，由圖可查出：塔板的氣相負(fù)荷上限氣相負(fù)荷下限所以：精餾段操作彈性提餾段操作彈性表2-6 浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù)備注精餾段提餾段塔徑Dm2.02.0板間距m0.450.45塔板類型單溢流弓形降液管分塊式空塔氣速um/s1.331.37堰長m1

20、.31.3堰高m0.08850.0775板上液層高度m0.070.07降液管底隙高m0.020.04浮閥數(shù)N359359閥孔氣速m/s9.7510.06同排孔心距浮閥動(dòng)能因子10.649.36鄰排中心距臨界閥孔氣速m/s9.5511.36孔心距tm0.0750.075排間距m0.0650.094單板壓降Pa605.8637.5降液管液體停留時(shí)間S38.3114.02降液管內(nèi)清液高度m0.150.1437泛點(diǎn)率%54.850.58氣相負(fù)荷上限5.986.72氣相負(fù)荷下限1.9652.303物沫夾帶操作彈性3.042.92漏液控制2.11接管2.11.1進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、T

21、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： (2-82)，查標(biāo)準(zhǔn)系列選取。2.11.2回流管采用直管回流管，取，查表取。2.11.3塔釜出料管取，直管出料，查表取。2.11.4塔頂蒸氣出料管直管出氣，取出口氣速，則，查表取。2.11.5塔釜進(jìn)氣管采用直管，取氣速，查表取。2.11.6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)法蘭。(1)進(jìn)料管接管法蘭：(2)回流管接管法蘭：(3)塔釜出料管法蘭：(4)塔頂蒸氣管法蘭：(5)塔釜蒸氣進(jìn)氣法蘭：2.12除沫器當(dāng)空塔氣速較大，塔頂帶液現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，以減少液體

22、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)除沫器直徑：，綜合考慮，圓整為2.0m選取不銹鋼除沫器：類型：標(biāo)準(zhǔn)型材料：不銹鋼絲網(wǎng)絲網(wǎng)尺寸：圓絲2.13吊柱對(duì)于較高的室外無框架的整體塔，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)設(shè)施，一般取以上的塔物設(shè)吊柱，本設(shè)計(jì)中塔高度大，因此設(shè)吊柱。因設(shè)計(jì)塔徑，可選用吊柱。，材料為。2.14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)入任何一層塔板，由于設(shè)置人孔處塔間

23、距離大，且人空設(shè)備過多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難以達(dá)到要求，一般每隔塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔，本塔中共81塊板，需設(shè)置7個(gè)人孔，每個(gè)孔直徑為，厚，高52mm。在設(shè)置人孔處，板間距為600mm，裙座上應(yīng)開個(gè)人孔，直徑為，人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面形及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本設(shè)計(jì)也是如此。2.15塔總體高度的設(shè)計(jì)2.15.1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到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一塊板的距離為直徑為，塔頂部空間高度為。2.15.2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到塔底下封頭切線的距離，取。2.15.3塔立體

24、高度 (2-83) (2-84)第三章 塔附屬設(shè)備設(shè)計(jì)3.1冷凝器的選擇有機(jī)物蒸氣冷凝器設(shè)計(jì)選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為kcal/()。本設(shè)計(jì)取kcal/()=2926J/()出料液溫度：78.137（飽和氣）78.173（飽和液）冷卻水溫度：2035逆流操作：， (3-1)傳熱面積： (3-2)設(shè)備型號(hào)：3.2再沸器的選擇選用120飽和水蒸氣加熱，傳熱系數(shù)取J/()料液溫度：99.815100，熱流體溫度：120120逆流操作：，換熱面積：設(shè)備型號(hào)：。第四章 塔的機(jī)械設(shè)計(jì)4.1選擇材料筒體與封頭材料選用20R，裙座材料選用Q235-A，材料的有關(guān)性能參數(shù)如下： 20R Q235-A 筒體壁厚

25、選，封頭分為橢圓形封頭、碟形封頭等幾種，本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑，查得曲面高度，直邊高度，內(nèi)表面積，容積。選用封頭。塔底常用裙座支撐，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(shè)備的主要支座形式，本設(shè)計(jì)采用圓錐型裙座，半頂角為。由于裙座內(nèi)徑，故裙座壁厚取，裙座高度取。4.2塔的載荷計(jì)算4.2.1塔設(shè)備自重載荷計(jì)算全塔操作質(zhì)量 (4-1)全塔最小質(zhì)量 (4-2)全塔最大質(zhì)量 (4-3)部分部件質(zhì)量可參考下表進(jìn)行估算。表4-1 塔設(shè)備有關(guān)部件的質(zhì)量名稱單位質(zhì)量名稱單位質(zhì)量籠式扶梯開式扶梯鋼制平臺(tái)圓泡罩塔盤條形泡罩塔盤舌形塔盤篩板塔盤浮閥塔盤塔盤填充液4.2.2塔的自振周期計(jì)算 (

26、4-4)4.2.3地震載荷計(jì)算 。 地震影響系數(shù) ， 。結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù) 。計(jì)算危險(xiǎn)截面的地震彎矩。0-0截面： (4-5) (4-6)1-1截面： (4-7) 2-2截面： 4.2.4風(fēng)載荷計(jì)算1.風(fēng)力計(jì)算(1)風(fēng)振系數(shù)由計(jì)算出各段風(fēng)振系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見下表。表4-2 各塔段風(fēng)振系數(shù)塔段號(hào)123456713.51020304047.52.5230.720.720.720.790.820.850.860.0060.010.050.190.410.7710.640.7411.251.421.561.641.0171.0251.0911.3031.5972.0592.323(2)有效直徑取平臺(tái)構(gòu)件的

27、投影面積，則取下式計(jì)算值中較大者。 (4-8) (4-9)式中，塔和管線的保溫層厚度，。各塔段計(jì)算結(jié)果見下表。表4-3 各塔段有效直徑/mm塔段號(hào)12345671000250065001000010000100007500400001541001001001332930293030843030303030303063(3)水平風(fēng)力計(jì)算由計(jì)算，結(jié)果見下表。表4-4各塔段水平風(fēng)力計(jì)算結(jié)果塔段號(hào)12345670.71.0171.0251.0911.3031.5972.0592.3235000.640.7411.251.421.561.641000250065001000010000100007500

28、2930293030843030303030303063667.51955.67654.617272.924049.434063.7306322.風(fēng)彎矩計(jì)算0-0截面： (4-10)1-1截面： (4-11)2-2截面： (4-12)4.2.5各種載荷引起的軸向應(yīng)力1.計(jì)算壓力引起的軸向壓應(yīng)力 (4-13)2.操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力0-0截面： (4-14)1-1截面： (4-15)式中 裙座人孔處截面的截面積 (4-16)2-2截面： (4-17)3.最大彎矩引起的軸向應(yīng)力最大彎矩取下式計(jì)算值中較大者： (4-18)表4-5計(jì)算結(jié)果截面0-01-12-2各危險(xiǎn)截面的計(jì)算如下： (4-19)

29、 (4-20)式中 裙座人孔截面的抗彎截面系數(shù) (4-21) (4-22) (4-23)4.2.6筒體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度性校核1.筒體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核(1)強(qiáng)度性校核 筒體危險(xiǎn)截面2-2處的最大組合軸向拉力： (4-24)軸向許用應(yīng)力： (4-25)因?yàn)?，故滿足強(qiáng)度條件。(2)穩(wěn)定性校核 筒體危險(xiǎn)截面2-2處的最大組合軸向壓力： (4-26)許用軸向壓應(yīng)力： 取其中較小值。按GB-150 鋼制壓力容器 中的規(guī)定， 由 (4-27)查相應(yīng)的材料圖得B=92MPa則，取。因?yàn)?，故滿足穩(wěn)定性條件。2.裙座的穩(wěn)定性校核 裙座危險(xiǎn)截面0-0及1-1處的最大組合軸向壓應(yīng)力 (4-28) (4-29)由

30、 0.00061查相應(yīng)的材料圖得則，取。因?yàn)?，故滿足穩(wěn)定性條件。4.2.7筒體和裙座水壓實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核1.筒體水壓實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核(1)由實(shí)驗(yàn)壓力引起的環(huán)向應(yīng)力實(shí)驗(yàn)壓力： (4-30) (4-31) (4-32)因?yàn)椋蕽M足要求。(2)由實(shí)驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力 (4-33)(3)水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，重力引起的軸向應(yīng)力 (4-34)(4)由彎矩引起的軸向應(yīng)力 (4-35)(5)最大組合軸向應(yīng)力校核 (4-36) 許用應(yīng)力： (4-37)因?yàn)?，故滿足要求。(6)最大組合軸向應(yīng)力校核 (4-38)軸向許用壓應(yīng)力 取其中較小值。, 取。因?yàn)?，故滿足要求。2.裙座水壓實(shí)驗(yàn)壓力校核(1)水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，重力引起的軸向應(yīng)

31、力 (4-39) (4-40)(2)由彎矩引起的軸應(yīng)力 (4-41) (4-42)(3)最大組合軸向應(yīng)力校核 (4-43) (4-44)軸向許用應(yīng)力 取其中較小值，取。因?yàn)?，故滿足要求。4.2.8基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)1.基礎(chǔ)環(huán)尺寸取 (4-45) (4-46)2.基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核取其中較大值， (4-47) (4-48) (4-49)(1) (4-50)(2) (4-51)取選用75號(hào)混凝土，其許用應(yīng)力，故滿足要求。3.基礎(chǔ)環(huán)厚度按有筋板時(shí)，計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)的厚度。 (4-52)設(shè)地腳螺栓直徑為M36，l=250mm，則b/l=1.6。查得。取，基礎(chǔ)環(huán)材料的許用應(yīng)力，基礎(chǔ)環(huán)厚度，取。4.2.9地腳螺栓計(jì)算1

32、.地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力取其中較大值，(1) (4-53)(2) (4-54)2.地腳螺栓直徑因?yàn)椋蚀怂O(shè)備必須安裝地腳螺栓。 (4-55)取地腳螺栓為M27。故選用50個(gè)M27的地腳螺栓，滿足要求。表4-6 塔的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)果塔的名義壁厚筒體，封頭，裙座塔的載荷及其彎矩質(zhì)量載荷風(fēng)彎矩地震彎矩各種載荷引起的軸向應(yīng)力計(jì)算壓力引起的軸向應(yīng)力操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力最大彎矩引起的軸向應(yīng)力最大組合軸向拉應(yīng)力最大組合軸向壓應(yīng)力強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核強(qiáng)度校核滿足強(qiáng)度條件穩(wěn)定性校核滿足穩(wěn)定性條件水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核筒體滿足強(qiáng)度條件，滿足穩(wěn)定性條件裙座滿足穩(wěn)定性條件基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)尺寸基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核滿足要求地腳螺

33、栓設(shè)計(jì)直徑，個(gè)數(shù)50個(gè)主要符號(hào)說明原料液溫度，塔頂液溫度，塔底液溫度，精餾段平均溫度，提餾段平均溫度，精餾段氣相密度，提餾段氣相密度，精餾段液相密度，提餾段液相密度，精餾段液相組成提餾段液相組成精餾段氣相組成提餾段氣相組成平均相對(duì)分子質(zhì)量，乙醇表面張力水表面張力精餾段粘度提餾段粘度精餾段揮發(fā)度提餾段揮發(fā)度閥孔動(dòng)能因子干板阻力，表面張力造成的阻力，板上充氣液層阻力，裙座人孔處截面的面積，裙座人孔處截面的抗彎截面系數(shù)，結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)裙座殼底部內(nèi)直徑，裙座殼有效壁厚，裙座人孔截面處裙座殼的內(nèi)直徑，裙座人孔截面處水平方向的最大寬度，人孔或較大管線引出孔加強(qiáng)管的長度，人孔或較大管線引出孔加強(qiáng)管的厚度，

34、塔計(jì)算段的有效直徑，基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)直徑，基礎(chǔ)環(huán)外直徑，裙座大端外直徑，E設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性模量，風(fēng)壓高度變化系數(shù)H塔的總高度，塔第i段頂截面距地面的高度，塔第i-i截面處的地震彎矩，塔第i-i截面處的最大彎矩，塔第i-i截面處的風(fēng)彎矩，塔的最大質(zhì)量，塔的最小質(zhì)量，塔的操作質(zhì)量，計(jì)算截面以上的操作質(zhì)量，計(jì)算壓力，塔i-i計(jì)算段的水平風(fēng)力，基本風(fēng)壓值，塔的基本自振周期，對(duì)應(yīng)的地震影響系數(shù)地震影響系數(shù)的最大值管線保溫層厚度，塔第i 段保溫層厚度，脈動(dòng)增大系數(shù)脈動(dòng)影響系數(shù)由計(jì)算壓力引起的軸向應(yīng)力，由重力引起的軸向應(yīng)力，設(shè)計(jì)溫度下筒體材料的許用應(yīng)力，設(shè)計(jì)溫度下材料的許用軸向壓應(yīng)力，設(shè)計(jì)溫度下裙座材料的許用應(yīng)

35、力，振型系數(shù)參考文獻(xiàn)1路秀林，王者相. 化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書塔設(shè)備M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.2張洪沅. 化工原理設(shè)計(jì)導(dǎo)論M. 成都：成都科技大學(xué)出版社，1991.3鄭津洋，董其伍，桑芝富. 過程設(shè)備設(shè)計(jì)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版,2005.4中國石化集團(tuán)上海工程有限公司. 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)上冊(cè)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.5中國石化集團(tuán)上海工程有限公司. 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)下冊(cè)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.6譚天恩，麥本熙，丁惠華. 化工原理下冊(cè)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.7畢明樹. 工程熱力學(xué)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.8陳作模. 機(jī)械原理M. 北京：高等教育出版社，2004.9濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)M. 北京：高等教育出版社，2004.10 GB150，鋼制壓力容器P. 全國壓力容器標(biāo)注化技術(shù)委員會(huì)，1998.11 王國勝. 化工原理課程設(shè)計(jì)M. 大連：大連理工大學(xué)出版社，2005.12 閆康平. 工程材料M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.13 刁玉瑋，王立業(yè). 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)M. 大連：大連理工大學(xué)出版社，2005.14 匡國柱，史啟才. 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.15 朱有庭，曲文海，于浦義. 化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)上卷M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.16 朱有庭，曲文