./雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)設(shè)計摘要精萘是有機化學工業(yè)主要的芳香族原料,廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)合成纖維、橡膠、樹脂、染料以及制取炸藥、農(nóng)藥等工業(yè)部門,是一種重要的化工原料。而精萘又是經(jīng)過對工業(yè)萘的精制得到的,目前,除少數(shù)廠家根據(jù)需要生產(chǎn)精萘外,大部分廠家均生產(chǎn)工業(yè)萘產(chǎn)品,廣泛的用途及用量使工業(yè)萘的高效生產(chǎn)顯得尤為重要。工業(yè)萘生產(chǎn)是采用精餾方法將含萘餾分進行分餾,提取出工業(yè)萘產(chǎn)品。精餾方式分為間歇式和連續(xù)式兩種工藝流程。原料年處理量決定精餾方式,本套設(shè)計將采用與年原料處理量為萬噸已洗酚萘洗三混餾分裝置相配套的連續(xù)式生產(chǎn)工藝,即雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)。下面的設(shè)計過程將對工業(yè)萘的雙爐雙塔連續(xù)式精餾工藝流程進行詳細的敘述并對工藝系統(tǒng)中所使用的主體設(shè)備——工業(yè)萘初餾塔和工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器進行全面的設(shè)計選型及校核計算。關(guān)鍵詞：工業(yè)萘；雙爐雙塔連續(xù)精餾工藝；工業(yè)萘初餾塔；工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器.Designoftwo-furnacetowerscontinuousdistillationprocessofindustrialnaphthaleneAbstractNaphtheneisthemajoraromaticindustrialrawmaterialsinorganicchemistryindustry,widelyusedinproductionofsyntheticfiber,rubber,resins,dyesandtheproductionofexplosives,pesticidesandotherindustrialsectors,asthefinenaphthaleneisproducedbyrefiningindustrynaphthalene.Atpresent,inaccordancewiththeexceptionofafewmanufacturersneedtoproducethefinenaphthalene,mostmanufacturershaveproductionofindustrialnaphthaleneproducts,awiderangeofindustrialusesandthelargedemandsofthenaphthalenemakeitparticularlyimportanttoefficientproduction.Industrialnaphthaleneproductionistheuseofnaphthalenedistillationmethodforfinenaphthaleneofnaphthalenedistillates.Thecommondistillationmethodisdividedintotwo,thatareintermittentandcontinuousprocess.Thewayofdistillationwillbedecidedbythehandlingcapacityofrawmaterials,andthissetofdesignChoosesthecontinuousproductionprocesssupportingthedevicesproducingthematerialswhichwillbeusedforthehandlingcapacityof10,800tonsmixedthreefractions:washedphenol﹑naphthaleneandwashedoil,thatis,two-furnacetowerscontinuousdistillationprocessofindustrialnaphthalene.Thefellowingdesignprocesswillfocusonadetaileddescriptionoftwo-furnacetowersnaphthalenecontinuousdistillationprocessandthemainequipmentusedinthesystem-theprimaryindustrialnaphthalenedistilledtowerandindustrialnaphthalenevaporizationcondensationcoolerconductsacomprehensiveSelectionandVerificationcalculation.

Keywords:industrialnaphthalene;two-furnacetowerscontinuousdistillationprocessofindustrialnaphthalene;primarydistillationtowerfortheindustrialnaphthalene;industrynaphthalenevaporizationcondensationcooler.目錄摘要IAbstractII第一章引言11.1概述11.2設(shè)計依據(jù)61.3技術(shù)來源61.4設(shè)計任務(wù)及要求6第二章雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)主體設(shè)備之一——初餾塔72.1初餾塔的選型72.2初餾塔全塔物料衡算72.2.1原料處理量72.2.2原料組成及各組分的含量72.2.3初餾塔物料平衡82.3初餾塔操作條件的確定92.3.1操作壓力92.3.2操作溫度102.3.3進料狀態(tài)132.3.4加熱方式132.4初餾塔所需理論塔板層數(shù)及回流比的確定132.4.1求最小理論塔板數(shù)132.4.2求最小回流比Rmin142.4.3際塔板數(shù)142.4.4加料板位置的確定152.5初餾塔——F1型浮閥〔重閥精餾塔主題工藝尺寸的計算162.5.1塔徑162.5.2塔高182.5.3溢流裝置——單溢流弓形降液管的堰長192.5.4弓形降液管的出口堰高192.5.5弓形降液管寬度和面積202.5.6降液管底隙高度202.6塔板布置及浮閥數(shù)目與排列212.7塔板流體力學驗算232.7.1干板阻力232.7.2板上充氣液層阻力232.7.3液體表面力所造成的阻力232.7.4氣體通過浮閥塔板的壓強降<單板壓降>232.7.5淹塔〔降液管液泛校核242.7.6霧沫夾帶驗算——泛點率252.7.7嚴重漏液校核262.8塔板負荷性能圖272.8.1霧沫夾帶線272.8.2液泛線272.8.3液相負荷上限線282.8.4漏液線292.8.5液相負荷下限線292.8.6初餾塔的塔板負荷性能圖及操作彈性302.8.7初餾塔〔F1型浮閥塔工藝設(shè)計計算結(jié)果302.9初餾塔塔體及裙座的強度和穩(wěn)定校核322.9.1材料的選擇322.9.2筒體和封頭壁厚計算322.9.3塔體的強度和穩(wěn)定校核322.9.4裙座的強度和穩(wěn)定校核332.10各接管尺寸的確定及相應(yīng)的開孔補強計算342.10.1進料管342.10.2釜殘液出料管372.10.3回流液管372.10.4塔頂餾出物蒸氣上升管382.10.5循環(huán)熱油蒸氣進口管38第三章雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)主體設(shè)備之二——工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器393.1工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的工作原理393.2工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的結(jié)構(gòu)及工作流程393.3工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的關(guān)鍵操作參數(shù)及設(shè)計條件393.4筒體校核403.4.1筒體的校核計算403.4.2水壓試驗413.5管箱的選型與校核423.5.1封頭的選型及校核計算423.5.2管箱法蘭的選型標準433.5.3墊片的選型及應(yīng)力校核443.5.4等頭雙頭螺栓的選型443.6法蘭的選型及校核<以管箱法蘭為例>453.6.1墊片的選型與校核453.6.2螺栓的選型與應(yīng)力校核463.6.3法蘭的選型及應(yīng)力校核計算〔以管箱法蘭為例483.7管板及熱管的選型與校核533.7.1管板〔管板的厚度及布管圓直徑的確定533.7.2換熱管〔管子的排列方式及管間距的確定563.8應(yīng)力校核593.8.1管板組合應(yīng)力校核593.8.2換熱管拉脫應(yīng)力的校核計算623.8.3殼程圓筒軸向應(yīng)力校核643.9工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器附件〔折流板的選型643.10工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器各接管的尺寸及相應(yīng)的開孔補強結(jié)果66第四章雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)的其它主要設(shè)備——轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機、管式加熱爐及酚油冷凝冷卻器674.1轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機674.2管式加熱爐674.3酚油冷凝冷卻器68第五章雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘的主要操作過程695.1雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘的開車操作過程695.1.1開車前的準備695.1.2開工和正常操作695.2雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘的停車操作過程705.2.1正常停車705.2.2緊急停車與暫時停車705.3雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘的正常操作過程715.4雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘過程中的不正常現(xiàn)象及其處理辦法〔見表5-172結(jié)束語73參考文獻74致76.第一章引言1.1概述萘是有機化學工業(yè)主要的芳香族原料,廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)合成纖維、橡膠、樹脂、染料以及制取炸藥、農(nóng)藥等的工業(yè)部門。萘的資源主要來自焦化萘和石油萘,就其質(zhì)量來說石油萘大大超過目前的焦化萘,但從資源量上來說,焦化萘具有優(yōu)異條件。目前,除少數(shù)廠根據(jù)需要生產(chǎn)精萘外,大部分廠均生產(chǎn)工業(yè)萘產(chǎn)品。工業(yè)萘一般是指結(jié)晶點不小于℃,萘含量不小于,其他指標符合國家質(zhì)量指標的萘產(chǎn)品。我國生產(chǎn)的工業(yè)萘主要用于生產(chǎn)苯酐,再以苯酐為原料制取各種纖維、塑料、增塑劑、樹脂和油漆,例如,聚酯樹脂和聚酯纖維、塑料薄膜形成物和橡膠增塑劑、清漆和磁漆的醇酸樹脂等。含萘餾分富集焦油中的萘是作為工業(yè)萘生產(chǎn)的原料。在原料餾分中含有極復雜的多種組分,有酸性〔主要是酚類中性及堿性〔吡啶堿類,每類組分又都含有多種單一組分。為了提高工業(yè)萘產(chǎn)品質(zhì)量及提取這些產(chǎn)品,原料餾分在精餾時,需要進行堿洗和酸洗。為了脫除酚類化合物,需要進行堿洗,為了脫除吡啶堿類需要用濃度為的硫酸進行酸洗。由于目前工業(yè)萘大部分用于制取鄰苯二甲酸酐〔苯酐,隨著苯酐生產(chǎn)工藝的改進,含有少量不飽和化合物的工業(yè)萘,對苯酐產(chǎn)品質(zhì)量及催化劑性能均無不良影響。因此,現(xiàn)在許多焦化廠都用只經(jīng)堿洗的原料餾分提取工業(yè)萘。工業(yè)萘生產(chǎn)是采用精餾方法將含萘餾分進行分餾,提取出產(chǎn)品工業(yè)萘。精餾方式分為間歇式和連續(xù)式兩種工藝流程。原料年處理量決定精餾方式,與年處理量為萬噸原料焦油餾分裝置相配合的工業(yè)萘精餾裝置采用連續(xù)式生產(chǎn)工藝。以焦油蒸餾提取出的含萘餾分作為工業(yè)萘生產(chǎn)原料,到完成工業(yè)萘的生產(chǎn)過程,一般分為個階段,即原料的預(yù)處理,初餾和精餾。原料的預(yù)處理即將含萘餾分在餾分洗滌工段中用堿液或酸液進行化學洗滌處理,脫除原料中的酚類或吡啶類化合物,經(jīng)化學處理后的餾分稱為已洗萘油餾分或已洗萘洗二混餾分或已洗酚萘洗三混餾分。這些已洗餾分均可作為工業(yè)萘生產(chǎn)的原料進入初餾裝置進行精餾。本套設(shè)計是將原料已洗酚萘洗三混餾分中比萘輕的較低沸點組分,如四氫化萘、三甲苯、對甲酚、茚等組分作為酚油餾分蒸出。初餾塔殘油富集了萘及沸點比萘高的組分,如硫雜茚、二甲酚、喹啉、甲基萘、二甲基醇、苊等化合物。初餾殘油作為精餾階段的原料,在萘精餾段,采出工業(yè)萘產(chǎn)品,并將比萘重的組分作為精餾殘油產(chǎn)品,稱為低萘洗油。隨著焦油加工的集中化和大型化趨向,工業(yè)萘加工工藝也相應(yīng)采用大型化和連續(xù)精餾工藝流程。我國大多采用雙爐雙塔式工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝流程。雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝流程〔如圖1-1所示：圖1-1雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝流程1—初餾塔管式爐；2—精餾塔管式爐；3—初餾塔；4—精餾塔；5—酚油冷凝冷卻器；6—工業(yè)萘換熱器；7—工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器；8—酚油油水分離器；9—酚油回流槽；10—工業(yè)萘回流槽；11—工業(yè)萘高置槽；12—轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機；13—低萘洗油冷卻器；14—原料油泵；15—酚油回流泵；16—工業(yè)萘回流泵；17—初餾塔循環(huán)油泵；18—精餾塔循環(huán)油泵；19—低萘洗油泵；20—原料油槽；21—酚油槽；22—低萘洗油槽；23—殘油〔低萘洗油冷卻器所謂雙爐雙塔,是指該流程中采用了兩臺管式爐、兩座精餾塔〔初餾塔和精餾塔。該工藝是以經(jīng)堿洗后溫度為℃的已洗酚萘洗三混餾分作為原料,經(jīng)靜置脫水后,由原料油泵從原料油槽中抽出,打入原料與工業(yè)萘換熱器,與從精餾塔頂部來的溫度為℃的萘蒸汽進行換熱交換使溫度升至℃,再進入初餾塔。原料在初餾塔中的初步分餾,是靠初餾塔管式爐提供熱量產(chǎn)生沿塔上升的蒸汽,原料中所含的酚油以℃氣態(tài)從初餾塔頂部逸出,進入酚油冷凝冷卻器被水冷凝冷卻至℃,再進入酚油油水分離器,冷凝液中的分離水從分離器底部排入酚水槽〔以待脫酚,冷凝液中的酚油則從分離器上部滿流入酚油回流槽,由酚油回流泵抽出,打入初餾塔的頂部,以控制塔頂溫度,其余酚油從回流槽上部滿流入酚油槽,送洗滌工序回收加工。原料中所含的已洗酚萘洗三混餾分以液態(tài)混入熱循環(huán)油,一起流入初餾塔底儲槽,再由初餾塔熱油循環(huán)泵抽出,一部分打入初餾塔管式爐,被燃料燃燒加熱至℃部分氣化后,再回到初餾塔下部,供做初餾的熱量,另一部分則以℃的溫度打入精餾塔。精餾塔中的已洗酚萘洗三混餾分靠精餾塔管式爐循環(huán)加熱而進行分餾,其中的萘以℃的氣態(tài)從精餾塔頂部逸出,經(jīng)工業(yè)萘換熱器進行熱交換后,再進入工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器被水冷卻至℃,以液態(tài)進入工業(yè)萘回流槽,部分工業(yè)萘由回流槽底部被工業(yè)萘回流泵抽出,打入精餾塔的頂部,以控制塔頂溫度,其余工業(yè)萘從回流槽上部滿流入工業(yè)萘高置槽,再放入轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機,便得到含萘的工業(yè)萘。流入精餾塔底儲糟的殘油為℃溫度,被精餾塔熱油循環(huán)泵抽出,一部分打入精餾塔管式爐,被加熱至℃部分氣化后,又回入精餾塔部,供做精餾的熱量。多余的另一部分殘油則打入低萘洗油冷卻器,被水冷卻后的洗油放入油庫〔流程簡化圖如圖1-2所示。圖1-2雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝流程簡化示意圖雙爐雙塔工業(yè)萘實際生產(chǎn)流程中典型的控制環(huán)節(jié)：TRB,TRR：分別為對通入工業(yè)萘初餾管式爐和精餾管式爐煤氣流量的調(diào)節(jié),目的是控制管式爐物料的出口溫度,同時也為了穩(wěn)定塔底溫度。該環(huán)節(jié)采用串級控制,爐膛溫度為環(huán),物料出口溫度為外環(huán)〔如圖1-3所示。圖1-3管式爐出口溫度控制原理方框圖TU1,TU2：分別為初餾塔頂溫度調(diào)節(jié)和精餾塔頂溫度調(diào)節(jié),通過調(diào)節(jié)塔頂回流量來調(diào)節(jié)頂部溫度,合適的塔頂和塔底溫度有利于塔傳質(zhì)和傳熱過程的順利進行。LR1,LR2：分別為初餾塔低液位調(diào)節(jié)和精餾塔底液位調(diào)節(jié),通過合適的液位調(diào)節(jié),可防止塔底液位過高而淹塔或液位過低中斷蒸餾過程的進行〔如圖1-4所示。圖1-4雙爐雙塔工業(yè)萘實際生產(chǎn)流程中的主控畫面該工藝流程的特點是：采用兩座管式爐分別為初餾塔和精餾塔循環(huán)油加熱,以控制塔底的溫度。兩座塔的塔頂溫度均靠調(diào)節(jié)其回流量來控制,有各自獨立的溫度制度,故操作方便,易控制,初餾、精餾操作相互不干擾。但原料質(zhì)量與組分的穩(wěn)定性,初餾和精餾過程中物料流動的穩(wěn)定性及平衡和溫度控制的穩(wěn)定是工業(yè)萘雙爐雙塔工藝正常運行的重要條件。當因某一因素不穩(wěn)定而造成兩塔操作紊亂時,需要花上幾個小時的時間進行調(diào)整,建立雙爐、雙塔的物流平衡和使溫度穩(wěn)定。為了穩(wěn)定管式爐的操作和工業(yè)萘的質(zhì)量,需注意以下幾點：①進料量要均勻穩(wěn)定。②原料水分穩(wěn)定并小于,為了減少水分,操作中盡量避免停泵換槽。③初餾塔和精餾塔殘液應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定排放,保持塔底液位穩(wěn)定,排放量不宜頻繁改變,一般為原料量的。若排放量過少,塔底液位上升,會造成物料和熱量不平衡；反之亦然。④嚴格控制初餾塔溫度。若塔頂、塔底溫度偏低,則酚油切割不盡,影響精餾塔操作,若塔頂、塔底溫度偏高,則酚油中含萘量增加,既降低了萘的精制率,又容易堵塞酚油管道,一般由初餾塔切割的酚油含萘量應(yīng)小于。⑤嚴格控制精餾塔溫度。從塔頂切割工業(yè)萘中萘含量應(yīng)大于,從塔底側(cè)線切割而得低萘洗油中含萘量應(yīng)小于,從塔底排出的殘油含萘量應(yīng)小于。1.2設(shè)計依據(jù)本設(shè)計依據(jù)于教科書及煤化工專業(yè)相關(guān)參考文獻的設(shè)計實例,對所提出的題目進行實際工藝分析并做出相應(yīng)的理論校核計算。1.3技術(shù)來源目前,雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)的設(shè)計方法大多以嚴格計算為主,也有一些簡化的模型,但是嚴格計算法對于連續(xù)精餾是最常采用的,我們此次所做的校核計算也采用嚴格計算法。1.4設(shè)計任務(wù)及要求將已洗酚萘洗三混餾分作為精餾工業(yè)萘的原料。按年工作日天,每天開動設(shè)備小時計算,年原料處理量為。具體工藝過程為飽和液體進料〔泡點進料下的雙爐雙塔連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)。第二章雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)主體設(shè)備之一——初餾塔2.1初餾塔的選型根據(jù)設(shè)計要求下的生產(chǎn)任務(wù),若按年工作日天,每天開動設(shè)備小時計算,年原料處理量為,由于產(chǎn)品粘度較小,流量較大,為減少造價,降低生產(chǎn)過程中壓降和塔板液面落差的影響,提高生產(chǎn)效率,則工業(yè)萘初餾塔和精餾塔宜選用浮閥塔〔F1型浮閥〔重閥塔。2.2初餾塔全塔物料衡算原料處理量已洗酚萘洗三混餾分。原料組成及各組分的含量為計算塔板數(shù),根據(jù)相關(guān)資料確定的,非現(xiàn)場實際分析數(shù)據(jù),列于表2-1中：表2-1已洗酚萘洗三混餾分的組成組分分子式沸點/℃相對分子質(zhì)量含量/%質(zhì)量摩爾分數(shù)三甲苯161.21021.291.36193.51.53茚181.81162.813.244213.64對甲酚191.51080.150.18522.50.208四氫化萘2071323.453.495173.92萘21812852.2754.5784061.3硫雜茚231.51341.221.36183.51.53二甲酚2251220.190.2128.80.236喹啉237.51290.400.415600.465甲基萘24314224.6723.543702.726.1二甲基醇26315610.679.15160010.25苊2731542.942.554412.87合計——————10010015000112.1初餾塔物料平衡按表2-1所列原料組成,取四氫化萘為輕關(guān)鍵組分,萘為重關(guān)鍵組分,則：原料中〔四氫化萘摩爾分數(shù)；〔萘摩爾分數(shù)。借鑒相關(guān)資料可設(shè)：輕關(guān)鍵組分在餾出物中的濃度為〔摩爾分數(shù)輕關(guān)鍵組分在釜殘液中的濃度為〔摩爾分數(shù)對輕關(guān)鍵組分：〔2-1根據(jù)總物料衡算：〔2-2求解得：餾出物量釜殘液量餾出物中含四氫化萘量：餾出物中含萘量：沸點低于四氫化萘的各組分可以認為全部被蒸出,沸點高于萘的各種餾分可以認為全部留在釜殘液中〔實際上也接近此種情況,則可以列出初餾塔的物料平衡表,見表2-2：表2-2初餾塔的物料平衡表原料餾出物〔塔頂產(chǎn)品釜殘液〔塔底產(chǎn)品組分摩爾分數(shù)摩爾分數(shù)摩爾分數(shù)三甲苯1.531.361.5317.000茚3.643.243.6440.400對甲酚0.2080.1850.2082.3100四氫化萘3.923.492.8832.01.041.0萘61.354.50.7428.2460.55858.74硫雜茚1.531.36001.531.484二甲酚0.2360.21000.2360.229喹啉0.4650.415000.4650.451甲基萘26.123.540026.125.32二甲基醇10.259.150010.259.94苊2.872.55002.872.784合計112.11009100103.1100在初餾塔的初餾過程中,將原料已洗酚萘洗三混餾分中比萘輕的較低沸點組分,如四氫化萘、三甲苯、對甲酚、茚等組分作為酚油餾分蒸出。初餾塔殘油富集了萘及沸點比萘高的組分,如硫雜茚、二甲酚、喹啉、甲基萘、二甲基醇、苊等化合物。初餾殘油作為精餾階段的原料,在萘精餾段,采出工業(yè)萘產(chǎn)品,并將比萘重的組分作為精餾殘油產(chǎn)品,稱為低萘洗油。2.3初餾塔操作條件的確定操作壓力查閱相關(guān)工業(yè)萘精餾的操作指標可設(shè)塔頂操作壓力為；塔底氣相壓力為〔絕壓。操作溫度①塔頂溫度塔頂溫度不是任意選定的,而是由塔頂餾出物的組成和塔頂總壓決定的。對于具有個組分的混合物的精餾過程,設(shè)塔頂蒸氣組成為：；同達成平衡的液相組成為：；各組分在塔頂狀態(tài)下的純態(tài)蒸氣壓為：；塔頂操作總壓為,則可以列出各組分的相對平衡方程式：〔2-3因為相平衡常數(shù)：〔2-4所以對任一組分由上式可得：對于組分系統(tǒng)來說,則有下列關(guān)系：〔2-5所以〔2-6上式即為組分混合物的氣相等溫線方程式。當搭頂餾出物組成均為已知時,根據(jù)塔頂總壓及塔頂蒸氣組成,就可以利用氣相等溫線方程式,用下述方法來確定塔頂溫度。由上式得：等式兩邊各乘以萘在塔頂溫度下的蒸氣壓,即得：或根據(jù)相平衡常數(shù)和相對揮發(fā)度的定義,即得：〔2-7綜上所述,可按下述試差法確定塔頂溫度。Ⅰ.在已知的塔頂操作壓力下,設(shè)一塔頂溫度℃；Ⅱ.查出餾出物中各種組分在所設(shè)定溫度下的純態(tài)蒸氣壓；Ⅲ.計算各組分的及值,并求出；Ⅳ.求出在所設(shè)條件下萘的相平衡常數(shù)；Ⅴ.分析計算結(jié)果：如或誤差在以,可認為所設(shè)塔頂溫度可以采用；若誤差超過,則需再另設(shè)塔頂溫度,重新進行上述全部計算過程。一般需進行次試差計算。設(shè)塔頂溫度為℃,則本計算最后試差結(jié)果見表2-3：表2-3設(shè)塔頂溫度為℃時的試差結(jié)果餾出物的組成三甲苯0.17014003.180.0535茚0.40410202.320.174對甲酚0.02318601.940.0119四氫化萘0.3205801.320.242萘0.08244401.000.0824在℃時,萘的平衡常數(shù)誤差在以,則與值近似相等,所以塔頂溫度為℃是適宜的。②塔底溫度塔底溫度也不是任意選定的,而是由塔底的液相組成和塔底的總壓決定的,對于具有個組分的混合物的精餾過程,設(shè)塔底液相組成：；塔底操作壓力為,則可根據(jù)液相等溫線方程式來確定塔底溫度?；颉?-8上式即為個組分的混合物的液相等溫線方程式。利用此方程式,即可按試差法求得塔底溫度,如下：Ⅰ.在已知的塔底操作壓力下,設(shè)塔底溫度為℃；Ⅱ.查出塔底殘液中各組分在所設(shè)溫度下的純態(tài)蒸氣壓；Ⅲ.計算各組分的相對揮發(fā)度及值,并求出；Ⅳ.求出在所設(shè)塔底溫度條件下萘的相平衡常數(shù)；Ⅴ.分析計算結(jié)果：如或誤差在以,可認為所設(shè)塔底溫度可以采用；如誤差超過,則需再另設(shè)塔底溫度,重新進行上述全部計算過程。一般需進行次試差計算。設(shè)塔底溫度為℃,則本計算最后試差結(jié)果見表2-4：表2-4設(shè)塔底溫度為℃時的試差結(jié)果釜殘液的組成四氫化萘0.01016131.2650.01265萘0.587412751.000.5874硫雜茚0.0148411900.930.0138二甲酚0.0022911250.880.00202喹啉0.004518100.6350.00286甲基萘0.25325950.4660.11799二甲基醇0.09945000.3920.03896苊0.027843400.8670.0241〔2-9〔2-10在℃溫度下,萘的相平衡常數(shù)而誤差在之,則、兩值近似相等,所以可認為所設(shè)塔底溫度是適宜的。通過以上計算可得：初餾塔塔頂溫度為℃,塔底溫度為℃。進料狀態(tài)雖然進料方式有多種,但是飽和液體進料〔泡點進料時進料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動的影響,塔的操作比較容易控制；此外,飽和液體進料時精餾段和提餾段的塔徑相同,無論是設(shè)計計算還是實際加工制造這樣的精餾塔都比較容易,為此,本次設(shè)計中采取飽和液體進料方式。加熱方式原料在初餾塔中的初步分離,是靠初餾管式爐提供熱量產(chǎn)生沿塔上升的蒸氣,使原料中所含的酚油以氣態(tài)的形式從初餾塔頂部逸出。酚油蒸氣經(jīng)過冷凝冷卻器冷卻和油水分離器分出油和水后,分離水排入酚水處理系統(tǒng),酚油進入回流槽,大部分酚油作初餾塔回流,少量從回流槽滿流入酚油成品槽。初餾塔底已脫除酚油的萘洗油用熱油泵送往初餾管式爐加熱至℃,再返回初餾塔底,以油循環(huán)方式供給初餾塔熱量。2.4初餾塔所需理論塔板層數(shù)及回流比的確定求最小理論塔板數(shù)根據(jù)物料平衡數(shù)據(jù)可知：〔輕關(guān)鍵組分在餾出物中的濃度；〔輕關(guān)鍵組分在釜殘液中的濃度；〔重關(guān)鍵組分在餾出物中的濃度；〔重關(guān)鍵組分在釜殘液中的濃度。為輕關(guān)鍵組分四氫化萘在塔頂和塔底溫度下相對揮發(fā)度的平均值?！?-11根據(jù)芬斯克方程可以計算得到最小理論板數(shù)為：〔2-12所以最小理論塔板數(shù),取塊。求最小回流比Rmin根據(jù)前述的物料數(shù)據(jù)可知：；；；。根據(jù)恩得伍特方程計算最小回流比為：〔2-132.4.3際塔板數(shù)根據(jù)經(jīng)驗數(shù)值操作回流比取為則〔2-14再查吉利蘭關(guān)聯(lián)圖〔如圖2-1所示求得實際塔板數(shù)為：〔查圖表資料所得〔2-15則取塔板效率,則初餾塔的實際塔板數(shù)為：層,取為層。圖2-1吉利蘭關(guān)聯(lián)圖加料板位置的確定為近似地估計最適宜的加料板位置,在飽和液體進料的情況下,可采用如下經(jīng)驗公式計算確定。若精餾段及提餾段所需的理論塔板數(shù)分別為和〔包括塔釜,則：〔2-16又有：兩式聯(lián)立求解,即可確定初餾塔加料板位置。將有關(guān)數(shù)據(jù)分別代入以上兩式得：解得：；。精餾段實際塔板數(shù)為：層。則加料板位置為從上向下數(shù)第層塔板,或從下向上數(shù)第層。2.5初餾塔——F1型浮閥〔重閥精餾塔主題工藝尺寸的計算塔徑以下數(shù)據(jù)〔根據(jù)前面已經(jīng)計算得出的物料數(shù)據(jù)及查閱相關(guān)煤焦油蒸餾方面的資料手冊可計算得出的數(shù)據(jù)為設(shè)計任務(wù)書給出的已知條件：全塔氣相平均流量：全塔氣相平均密度：全塔液相平均流量：全塔液相平均密度：物系表面力：〔萘的沸點為℃欲求出塔徑應(yīng)先計算出適宜的空塔速度。由于適宜的空塔氣速,因此,需先計算出最大允許氣速即液泛氣速。液泛氣速按下式計算：〔2-17式中可由史密斯關(guān)聯(lián)圖〔見圖2-2查得,液泛動能參數(shù)為：〔2-18取板間距,取板上液層高度,則關(guān)聯(lián)圖中參數(shù)值為：根據(jù)以上數(shù)值,由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得。圖2-2史密斯液泛關(guān)聯(lián)圖因物系表面力,很接近,故無需校正,即,則〔2-19取安全系數(shù)為,則適宜空塔速度為：塔徑〔2-20按標準塔徑尺寸圓整,取。則實際塔截面積：〔2-21實際空塔速度：〔2-22安全系數(shù)：,在圍間,故合適。圖2-3單溢流型塔板圖2-4板式塔結(jié)構(gòu)及塔的氣液流動塔高塔的高度可以由下式計算：〔2-23已知實際塔板數(shù)為層,板間距,由于料液較清潔,無需經(jīng)常清洗,故可取每隔塊板設(shè)一個人孔,則人孔的數(shù)目為：〔2-24取人孔兩板之間的間距,又取塔頂空間〔包括上封頭高,塔底空間〔塔底設(shè)有油槽,進料板空間高度,裙座高度,那么,全塔高度：溢流裝置——單溢流弓形降液管的堰長選用單溢流弓形降液管〔如下圖2-5所示,不設(shè)進口堰。取堰長,即。圖2-5單溢流的液流型式弓形降液管的出口堰高〔2-25采用平直堰,堰上液層高度可依下式計算,即〔2-26近似取,又,則〔如下圖2-6所示為塔板水力學性能圖圖2-6塔板水力學性能示意圖弓形降液管寬度和面積因為則由弓形降液管的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖查得：,因此,弓形降液管所占面積：弓形降液管寬度：驗算液體在降液管的停留時間：〔2-27由于停留時間,故降液管尺寸可用。降液管底隙高度〔2-28取降液管底隙處液體流速,的一般經(jīng)驗數(shù)值為。2.6塔板布置及浮閥數(shù)目與排列取閥孔動能因子,則閥孔氣速為：〔2-29每層塔板上浮閥個數(shù)：〔2-30按所設(shè)定的尺寸畫出塔板,并在塔板的鼓泡區(qū)依排列方式試排,確定出實際的閥孔數(shù)。已知,選取無效邊緣區(qū)寬度,破沫區(qū)寬度,采用型重閥〔如圖2-7所示,重量為,閥孔直徑為。圖2-7F-1型重閥由于塔直徑大于,故需采用分塊式塔板結(jié)構(gòu),查表確定需分為四塊〔其中兩塊弓形板、通道板和矩形板各一塊。考慮到各分塊的支承與銜接要占去一部分鼓泡區(qū)面積,浮閥的排列方式對分塊式塔板應(yīng)采用等腰三角形叉排?，F(xiàn)按、的等腰三角形叉排方式畫出浮閥排列草圖,見圖2-8及圖2-9。圖2-8塔板布置圖圖2-9浮閥排列草圖由圖可知閥孔數(shù)為個,重新核算以下參數(shù)：閥孔氣速：〔2-31動能因數(shù)：〔2-32動能因數(shù)在之間,合適。塔板開孔率：〔2-33開孔率在之間,合適。2.7塔板流體力學驗算干板阻力〔2-34板上充氣液層阻力本設(shè)備用來對酚萘洗三混餾分進行初餾,液相為碳氫化合物,可取充氣系數(shù)。則〔2-35液體表面力所造成的阻力由表面力導致的阻力一般來說都比較小,所以一般情況下可以忽略不計。氣體通過浮閥塔板的壓強降<單板壓降>根據(jù)以上的計算結(jié)果可得,與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強降所相當?shù)囊褐叨葹椋骸?-36則單板壓降：〔2-37〔如下圖2-10所示為塔板阻力示意圖圖2-10塔板阻力示意圖淹塔〔降液管液泛校核為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生,要求控制降液管中清液層高度：,。圖2-11塔板液泛示意圖與氣體通過塔板的壓強降所相當?shù)囊褐叨取睬耙阉愠觯阂后w通過降液管的壓頭損失,因不設(shè)進口堰,故可按下式計算,即〔2-38前已選定板上液層高度為：則取降液管中泡沫層相對密度,前已選定板間距,。則有：可見,符合防止淹塔的要求。同時應(yīng)保證液體在降液管的停留時間大于,才能使得液體所夾帶氣體的釋出。為此需進行液體在降液管停留時間的校核,對于本設(shè)計有：〔2-39可見,液體中所夾帶的氣體能夠被釋出〔如下圖2-12所示。圖2-12降液管液體停留時間示意圖霧沫夾帶驗算——泛點率泛點率：〔2-40及〔2-41板上液體流經(jīng)長度：〔2-42板上液流面積：〔2-43查得泛點負荷因數(shù),物性系數(shù)。將以上數(shù)據(jù)代入：及對于大塔,為避免過量霧沫夾帶,應(yīng)控制泛點率不超過,上兩式計算出的泛點率都在以下,故可知本設(shè)計中的霧沫夾帶量能夠滿足的要求。嚴重漏液校核當閥孔的動能因數(shù)低于時將會發(fā)生嚴重漏液,前面已計算出,可見不會發(fā)生嚴重漏液。圖2-13塔板漏液示意圖2.8塔板負荷性能圖霧沫夾帶線泛點率：〔2-44按泛點率為計算如下：整理得：或由上式知霧沫夾帶線為直線,則在操作圍任取兩個值,依上式計算出相應(yīng)的值列于下表2-5中。據(jù)此,可做出霧沫夾帶線〔如圖2-14所示。表2-5液泛線由下式可確定液泛線：〔2-45忽略式中,將各項代入上式可得：因物系一定,塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定,則、、、、、、及等均為定值,而與又有如下關(guān)系,即〔2-46式中閥孔數(shù)與孔徑亦為定值,因此可將上式簡化成與的如下關(guān)系式：〔2-47其中：將計算出的、、、之值代入上式方程并整理可得：在操作圍任取若干個值,依上式算出相應(yīng)的值列于下表2-6中。據(jù)表中數(shù)據(jù)做出液泛線〔如圖2-14所示。表2-6液相負荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時間不低于。依下式知液體在降液管停留的時間為：〔2-48以作為液體在降液管中停留時間的下限,則〔2-49求出上限液體流量值〔常數(shù)。在圖上液相負荷上限線為與氣體流量無關(guān)的豎直線〔如圖2-14所示。漏液線對于型重閥,依計算,則。又知,則得。以作為規(guī)定氣體最小負荷的標準,則〔2-50據(jù)此做出與液體流量無關(guān)的水平漏液線〔如圖2-14所示。液相負荷下限線取堰上液層高度作為液相負荷下限條件,依的計算式計算出的下限值,依此做出液相負荷下限線,該線為與氣相流量無關(guān)的豎直線〔如圖2-14所示?！?-51取,則初餾塔的塔板負荷性能圖及操作彈性由塔板負荷性能圖可以看出：圖2-14初餾塔塔板負荷性能圖①設(shè)計任務(wù)規(guī)定的氣、液負荷下的操作點〔設(shè)計點,處在適宜操作區(qū)的適中位置。②塔板的氣相負荷上限由霧沫夾帶控制,操作下限由漏液控制。③按照固定的液氣比,可分別從圖中的、兩點讀得氣相負荷的上、下限為、,進而可求得該初餾塔的操作彈性。操作彈性〔2-52初餾塔〔F1型浮閥塔工藝設(shè)計計算結(jié)果現(xiàn)將以上全部的初餾塔工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總列于表2-7：表2-7初餾塔〔F1型浮閥塔工藝設(shè)計計算結(jié)果項目數(shù)值及說明備注塔徑塔高板間距塔板形式單溢流弓形降液管分塊式塔板空塔氣速溢流堰長溢流堰高板上液層高度降液管底隙高度浮閥數(shù)等腰三角形叉排閥孔氣速閥孔動能因數(shù)臨界閥孔氣速孔心距指同一橫排的孔心距排間距指相鄰二橫排的中心線距離單板壓降液體在降液管停留時間降液管清液層高度泛點率氣相負荷上限霧沫夾帶控制氣相負荷下限漏液控制操作彈性2.9初餾塔塔體及裙座的強度和穩(wěn)定校核材料的選擇初餾塔筒體和上、下封頭材料均選用,裙座選用。筒體和封頭壁厚計算根據(jù)設(shè)計任務(wù)書給出的已知條件：設(shè)計壓力,對接焊縫系數(shù),筒體壁厚附加量；又前已算出塔徑,則筒體壁厚：〔2-53取又知封頭壁厚附加量,取載荷組合系數(shù),則封頭壁厚：〔2-54取〔上封頭,〔下封頭塔體的強度和穩(wěn)定校核對于本設(shè)計中初餾塔的圓筒形塔體,不計入附加量的壁厚,則由設(shè)計壓力〔壓引起的軸向應(yīng)力為：〔2-55塔體與裙座銜接處截面的面積,此截面以上塔體部分的質(zhì)量,該截面處的垂直地震力,則由軸向載荷引起的軸向應(yīng)力為：〔2-56在正常操作狀態(tài)和停工狀態(tài)下,取出其中風彎矩和地震彎矩與偏心彎矩組合后的大者,即,又該截面的抗彎斷面系數(shù)〔依據(jù)塔徑與壁厚查閱相關(guān)手冊可得,則由最大彎矩引起的軸向應(yīng)力為：〔2-57綜上所述,塔體在該截面的組合軸向應(yīng)力是上述三項軸向應(yīng)力的總和,即：在正常操作和停工狀態(tài)下,當組合應(yīng)力為正值時,應(yīng)滿足,其中為載荷組合系數(shù),取,,則故可知塔體的強度及穩(wěn)定性在本設(shè)計的已知條件下滿足要求〔即可保證其組合軸向應(yīng)力不超過許用值。裙座的強度和穩(wěn)定校核裙座承受著彎矩和軸向載荷的聯(lián)合作用。因此也必須保證其組合軸向應(yīng)力不超過許用值。一般先參照塔體選取適當?shù)娜棺诤?然后計算各危險截面的組合軸向應(yīng)力,并根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整壁厚,使其滿足強度和軸向穩(wěn)定條件。由于大部分塔設(shè)備的裙座一般不會太高,通常取同一厚度,因此裙座的危險截面在裙座底部、裙座人孔或最大管線引出孔處。背風〔或地震側(cè)裙座底部截面的組合軸向應(yīng)力為：〔2-58由上可見在正常操作和停工狀態(tài)下,裙座底部的組合軸向應(yīng)力能夠滿足,即可滿足不超過許用應(yīng)力值的要求。2.10各接管尺寸的確定及相應(yīng)的開孔補強計算進料管原料液已洗酚萘洗三混餾分的平均密度：〔查閱相關(guān)手冊可得平均相對分子質(zhì)量：進料液體積流量：〔2-59取適宜的輸送速度,故〔2-60經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管<YB231-64>,規(guī)格：〔需另行補強實際管流速：〔2-61進料管管徑已超過,故需進行補強,本設(shè)計選擇等面積補強計算方法。對于受壓的初餾塔的圓筒形塔體,所需要的最小補強面積可利用下面的公式進行計算：〔2-62其中的值為所開圓形孔的徑加倍厚度附加量〔取,對于上述進料管：筒體開孔處的計算厚度：接管有效厚度〔?。航庸懿牧线x用號鋼,其許用應(yīng)力,則強度削弱系數(shù)：〔2-63則開孔削弱所需要的補強面積：〔2-64①有效補強圍：有效寬度：〔2-65〔2-66取以上兩值中的最大值,故。②有效高度：外側(cè)有效高度：〔2-67〔實際外伸長度取以上兩值中的最小值,故；側(cè)有效高度：〔2-68〔實際伸長度取以上兩值中的最小值,故。③有效補強面積：筒體有效厚度：〔2-69筒體多余金屬面積：〔2-70進料接管計算厚度：〔2-71進料接管多余金屬面積：〔2-72接管區(qū)焊縫面積〔取焊腳為：〔2-73有效補強面積：〔2-74④所需另行補強面積：〔2-75擬采用補強圈補強。根據(jù)進料接管公稱直徑選補強圈,參照補強圈標準取補強圈外徑,徑。因,補強圈在有效補強圍。⑤補強圈厚度為：〔2-76考慮鋼板負偏差并經(jīng)圓整,取補強圈名義厚度為。釜殘液出料管釜殘液平均密度：〔查閱相關(guān)手冊可得釜殘液的體積流量：〔2-77取適宜的輸送速度,則〔2-78經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管<YB231-64>,規(guī)格：〔無需另行補強實際管流速：〔2-79回流液管回流液酚油的平均密度：〔查閱相關(guān)手冊可得回流液體積流量：〔2-80利用回流泵將酚油抽到初餾塔頂部進行回流,選取適宜的回流速度,那么〔2-81經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管<YB231-64>,規(guī)格：〔無需另行補強實際管流速：〔2-82塔頂餾出物蒸氣上升管塔頂餾出物蒸氣的體積流量：取適宜速度,那么〔2-83經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管<YB231-64>,規(guī)格：〔需另行補強實際管流速：〔2-84計算部分類同于進料管開孔補強〔略,選取補強圈名義厚度為。循環(huán)熱油蒸氣進口管通入初餾塔下部的循環(huán)熱油蒸氣體積流量：取適宜速度,那么〔2-85經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管<YB231-64>,規(guī)格：〔需另行補強實際管流速：〔2-86計算部分類同于進料管開孔補強〔略,選取補強圈名義厚度為。第三章雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)主體設(shè)備之二——工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器3.1工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的工作原理工業(yè)萘結(jié)晶點為℃以上,溫度控制不當或冷卻后溫度波動,容易結(jié)晶成固體。工業(yè)萘的冷凝冷卻不宜直接用溫度低的冷水冷卻,而是用熱水冷卻。這個過程是利用熱水吸收工業(yè)萘熱量而汽化成水蒸氣。由于水汽化潛熱大大高于水的升溫熱和汽化溫度的穩(wěn)定,保持工業(yè)萘冷凝冷卻后溫度穩(wěn)定在℃。從而保證工業(yè)萘冷卻過程中不會因為過度冷卻而析出結(jié)晶,堵塞設(shè)備。這就是工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的工作原理。3.2工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的結(jié)構(gòu)及工作流程工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的結(jié)構(gòu)如圖所示。工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器分為上、下兩段,下段為工業(yè)萘蒸氣的冷凝冷卻和冷凝水汽化段,上段為汽化水汽冷凝段。上、下兩段都是固定管板式列管換熱器。工業(yè)萘汽液混合物進入下段換熱器的上部進口管,經(jīng)冷凝冷卻后從下段下部出口排出。冷卻用的由上段冷凝的熱水從下段底部水室進入,冷凝水走管,在吸收工業(yè)萘熱量后汽化,水蒸氣在下段頂部汽室匯集,上升到上段的水汽冷凝器,水汽走管外殼程。水蒸氣被冷卻水冷凝從上段水蒸氣冷凝器下部引出,自流到下段工業(yè)萘冷凝冷卻器底部水室,循環(huán)冷凝冷卻工業(yè)萘。上段水汽冷凝的冷卻水被水室和封頭隔板分成個管程,上下折流次,將水蒸氣冷凝。工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器,熱水閉路循環(huán),熱水水位為下段的高度。循環(huán)水量少,補充水量少,而且是自流循環(huán),無需采用高壓水泵。上段冷卻水出口水溫控制在℃以下,減緩水垢生成。3.3工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器的關(guān)鍵操作參數(shù)及設(shè)計條件汽化冷凝冷卻器下段萘冷凝部分傳熱系數(shù)可取,萘冷卻部分傳熱系數(shù)可取,上段水汽冷凝部分傳熱系數(shù)可取,冷凝水冷卻部分可取?？梢罁?jù)和參考以上參數(shù)計算工業(yè)萘冷凝冷卻器傳熱面積。列管選用規(guī)格為無縫鋼管。對于與萬噸級別原料處理量相配合的工業(yè)萘精餾裝置,工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器傳熱面積是上段,下段。上段列管管長,管數(shù)根,下段列管管長,管數(shù)根,設(shè)備總高,直徑。冷凝冷卻器下段管程介質(zhì)：冷卻水,殼程介質(zhì)：工業(yè)萘蒸氣,換熱面積：,管程操作溫度：℃,殼程操作溫度：℃,管程操作壓力：,殼程操作壓力：,公稱直徑：,管程數(shù)：,管子尺寸：,管子根數(shù)：,換熱列管長度：,管子排列形式：正三角形〔因管子在管板上的排列,應(yīng)力求分布均勻、緊湊,也需要考慮清洗和整體結(jié)構(gòu)的要求,所以本設(shè)計根據(jù)需要選用正三角形排列形式。,管中心距：。冷凝冷卻器上段管程介質(zhì)：冷卻水,殼程介質(zhì)：水蒸汽,換熱面積：,管程操作溫度：℃,殼程操作溫度：℃,管程操作壓力：,殼程操作壓力：,公稱直徑：,管程數(shù)：,管子尺寸：,管子根數(shù)：,換熱列管長度：,管子排列形式：正三角形,管中心距：。3.4筒體校核筒體的校核計算由GB151-99查得,冷凝冷卻器公稱直徑=>。選其材料為16MnR,鋼板標準是GB6654。圓筒厚度計算公式:〔3-1式中Pc=2.5MPa,Di==,由GB150-98可查得焊接接頭系數(shù)=0.85,鋼材厚度大于的碳素鋼、16MnR用的射線和超聲波檢測。由GB150-98知,在設(shè)計給出的操作溫度下,查表可得=170MPa,則由GB150-98取負偏差。鋼材的厚度負偏差不大于,且不超過名義厚度的時,負偏差為零,則：設(shè)計厚度:〔3-2名義厚度:有效厚度:〔3-3由GB150-98知:〔3-4故取名義厚度合理。由GB150-98知,碳鋼在時最小厚度為,滿足要求。水壓試驗采用水壓試驗的環(huán)境條件比氣壓試驗的條件低,液體的溫和性比氣體強。由GB150-98,考慮筒體、封頭、接管、管板法蘭、緊固件材料,取,——容器元件材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力,——容器元件材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力,——試驗壓力,液壓試驗時:〔3-5檢驗液壓試驗時圓筒的薄膜應(yīng)力:〔3-6由GB150-98查得,因,故水壓試驗檢驗合適。3.5管箱的選型與校核封頭的選型及校核計算選取材料為16MnR的標準橢圓形封頭。由JB/T4746-2002知,橢圓封頭是由半徑很短的橢球面圓筒組成。直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑的突變,以改善焊縫的受力狀況。由于封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù),故應(yīng)力比較均勻,而且橢圓形封頭較半球形封頭小的多,易沖壓成型,是目前中、低壓力容器中應(yīng)用較多的封頭之一。由JB/T4746-2002可知,對于標準橢圓形封頭有,。①厚度:〔3-7由JB/T4746-2002,取,設(shè)計厚度:〔3-8名義厚度:有效厚度:〔3-9②應(yīng)力校核:〔3-10故封頭校核滿足要求。按JB/T4746-2002選取曲面高度,,如下圖3-1所示。圖3-1管箱法蘭的選型標準由JB/T4703-2000,選取材料為16MnR的長頸對焊法蘭。由=2.5MPa,,可選取的法蘭標準見表3-1表3-1法蘭標準DND12001395134012981278127584hadR185482130152232墊片的選型及應(yīng)力校核由JB/T4704-2000,從經(jīng)濟角度考慮,墊片按GB/T539-1995選取耐石棉橡膠板。=2.5MPa時,其標準尺寸為：,。其墊片接觸寬度為:〔3-11由GB150-98取,。圖3-2等頭雙頭螺栓的選型由JB/T4707-2000取螺栓材料為35CrMoA,螺母材料為25CrMoA。且由JB/T4703-2000取螺栓規(guī)格為,伸出長度為,其具體尺寸按零件圖中規(guī)定。圖3-33.6法蘭的選型及校核<以管箱法蘭為例>墊片的選型與校核墊片參數(shù):,。墊片尺寸:,。A墊片有效寬度:〔3-12墊片有效密封寬度:〔3-13B墊片壓緊力作用中心圓直徑:由GB150-98圖9-1所示活套法蘭知,墊片壓緊力作用中心圓直徑 即是法蘭與翻邊面的平均直徑。當時,等于墊片接觸的外徑減去,〔3-14C墊片壓緊力,由GB150-98知：①預(yù)緊狀態(tài)需要的最小墊片壓：〔3-15②操作狀態(tài)需要的最小墊片壓緊力：〔3-16螺栓的選型與應(yīng)力校核①螺栓載荷預(yù)緊狀態(tài)需要的最小螺栓載荷：〔3-17操作狀態(tài)需要的最小螺栓載荷：〔3-18②螺栓面積預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小面積：,〔3-19由GB150-98可查得,所以：操作狀態(tài)下需要的最小面積：由GB150-98表4-7可知,〔3-20需要的螺栓面積：〔取值實際的螺栓面積：〔3-21故滿足要求。由GB150-98選擇密封面為凸面。圖3-4③螺栓設(shè)計載荷預(yù)緊狀態(tài)螺栓設(shè)計載荷：〔3-22操作狀態(tài)螺栓設(shè)計載荷：法蘭的選型及應(yīng)力校核計算〔以管箱法蘭為例法蘭的材料由JB4726知可選取鍛件,其中,①法蘭力矩預(yù)緊狀態(tài)下的法蘭力矩：〔3-23式中：〔3-24〔〔3-25〔3-26〔3-27而為作用于法蘭徑截面上的流體壓力引起的軸向力：〔3-28〔3-29為流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭截面上的流體壓力引起的軸向力之差：〔3-30故：②法蘭設(shè)計力矩〔3-31〔3-32③法蘭應(yīng)力〔整體法蘭的應(yīng)力a.軸向應(yīng)力：〔3-33形狀參數(shù)：〔3-34法蘭外徑比值：〔3-35由GB150-98圖9-3得：由GB150-98圖9-4得：由GB150-98圖9-7得：由,在GB150-98查表7-5,得表3-2：表3-2U1.866.7613.1514.45〔3-36〔3-37〔3-38〔3-39〔3-40〔3-41〔3-42綜上所得：〔3-43滿足要求。b.徑向應(yīng)力：〔3-44法蘭有效厚度：,〔3-45滿足要求。c.切向應(yīng)力：〔3-4666.08MPa<滿足要求。〔3-47〔3-48綜上所述,法蘭校核滿足要求。3.7管板及熱管的選型與校核管板〔管板的厚度及布管圓直徑的確定固定管板厚度計算采用BS法。依據(jù)JB/4700-2000可選取管板的材料為16MnR,其。假設(shè)管板厚度,又上段冷卻器的熱管數(shù)n=760。計算系數(shù)K：〔3-49則按管板簡支考慮,依K值根據(jù)GB151—1999查圖29,30,31得：又知則管板徑向應(yīng)力：〔3-50管板的強度校核：管板計算厚度滿足強度要求,考慮雙面腐蝕取,隔板槽深取,則實際管板厚為。由GB150-98查表得,全段管板在設(shè)計壓力下的彈性模量。由GB151-99可查表得：管板剛度削弱系數(shù),管板強度削弱系數(shù),由GB151-99可知,全段殼程圓筒直徑橫截面積：〔3-51上段冷卻器管板開孔后的面積：〔3-52下段冷卻器管板開孔后的面積：〔3-53前已算出全段殼程圓筒厚度,管箱圓筒厚度。金屬橫截面積：〔3-54分程隔板的最小厚度：管板延長部分形成的凸緣寬度：按比例作圓排管,得上段冷卻器上隔板槽所占據(jù)的排管數(shù)根,下隔板槽所占據(jù)的排管數(shù)根。①上段冷卻器上、下管板布管區(qū)面積、：由GB151-99可查得換熱管中心矩：〔3-55——在布管區(qū)因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要,而未能支承換熱管的面積?！?-56〔3-57下段冷卻器管板布管區(qū)面積〔單管程無隔板：〔3-58②布管限定圓由GB151-99知,當時,故取。為全段固定管板換熱器管束最外層換熱管外表面至殼體壁的最短距離：〔3-59一般情況下,不小于,故取。全段布管限定圓直徑：〔3-60③上、下兩段管板布管區(qū)的當量直徑、：〔3-61〔3-62④上、下兩段冷卻器管板布管區(qū)的當量直徑與殼程圓筒徑之比、：〔3-63〔3-64換熱管〔管子的排列方式及管間距的確定因管子在管板上的排列,應(yīng)力求分布均勻、緊湊,也需要考慮清洗和整體結(jié)構(gòu)的要求,所以本設(shè)計根據(jù)需要選用正三角形排列形式。管間距可通過查閱換熱管標準來確定,如下表3-3所示：表3-3換熱管標準換熱管外徑10121416192022253032353845505557換熱管中心距S13~14161922252628323840444857647072分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距28303235384042445052566068767880圖3-5換熱管排列方式①上、下兩段冷卻器換熱管管壁金屬的橫截面面積分別為：〔3-65——單根換熱管壁金屬的橫截面積〔3-66〔3-67〔3-68〔3-69②換熱管管束模數(shù)及換熱管加強系數(shù)：查標準〔GB150-98知在設(shè)計溫度下上段換熱管材料的彈性模量,下段換熱管材料的彈性模量。在設(shè)計溫度下上段管板材料的彈性模量,下段管板材料的彈性模量。上段換熱管有效長度〔兩管板側(cè)間距為,下段換熱管有效長度〔兩管板側(cè)間距為。已知管板厚度,則：〔3-70〔3-71〔3-72〔3-73〔3-74〔3-753.8應(yīng)力校核管板組合應(yīng)力校核〔上段管板開孔率〔3-76〔下段管板開孔率〔3-77換熱管與筒體的剛度比：〔3-78〔3-79〔3-80〔3-81〔3-82〔3-83——換熱管與殼程圓筒的熱膨脹系數(shù),不計膨脹,。〔上段冷卻器管板有效壓力組合〔3-84〔下段冷卻器管板有效壓力組合〔3-85〔3-86〔3-87——設(shè)計溫度時,管板材料的許用應(yīng)力,；——管板材料彈性模量,；——管箱法蘭材料彈性模量,；——管板總彎矩系數(shù),；——管板邊緣剪切系數(shù),；因為,,,由GB151-99圖31<a>中虛線可得：,；由圖31<a>中實線可得：,。,,〔3-88〔3-89〔3-90〔3-91〔基于上段冷卻器管板徑向熱應(yīng)力的校核結(jié)果〔基于下段冷卻器管板徑向熱應(yīng)力的校核結(jié)果〔3-92〔基于上段冷卻器管板軸向應(yīng)力的計算結(jié)果〔基于下段冷卻器管板軸向應(yīng)力的計算結(jié)果〔3-93綜上所述,管板的應(yīng)力校核滿足要求。膨脹節(jié)是裝在固定管板式換熱器殼體上的撓性構(gòu)件,依靠這種變形的撓性構(gòu)件對管子與殼體的熱膨脹差進行補償,以此來緩和或降低殼體與管子因溫差引起的溫差應(yīng)力。根據(jù)GB151—1999的設(shè)計規(guī)定,在考慮熱應(yīng)力的情況下管子和殼體上的應(yīng)力應(yīng)均小于3倍的許用應(yīng)力。實際求得的應(yīng)力均較小,滿足設(shè)計要求。所以該換熱器不必設(shè)置膨脹節(jié)。換熱管拉脫應(yīng)力的校核計算換熱器在工作過程中管程介質(zhì)和殼程介質(zhì)是要求嚴格分開的,對于管殼式換熱器而言要求做到管子和管板之間的密封可靠。為保證管端與管板牢固的連接,必須進行拉脫應(yīng)力的校核。拉脫力的校核公式為：〔3-94式中：—管子與管板的膨脹長度,mm。其值見表3-4?！S用拉脫應(yīng)力,。其值見表3-5。表3-4換熱管外伸長度表換熱管規(guī)格外徑壁厚101.5121.0141.5161.5192252322.5383453583.5換熱管最小伸出長度0.51.01.52.02.53.01.52.02.53.03.54.0最小坡口深度1.022.5表3-5許用拉脫應(yīng)力換熱管與管板連接結(jié)構(gòu)形式管端不卷邊,管孔不開槽脹接2.0管端不卷邊或管孔不開槽脹接4.0焊接0.5——邊界效應(yīng)壓應(yīng)力組合,。管子的軸向應(yīng)力：〔3-95則拉脫應(yīng)力：〔3-96其中：〔3-97由于管子和管板的連接采用脹焊組合,管子的拉脫應(yīng)力,因此熱管拉脫應(yīng)力在許用圍。殼程圓筒軸向應(yīng)力校核——設(shè)計溫度下殼程圓筒材料的許用應(yīng)力,〔查GB151-99可得?！不谏隙卫鋮s器殼程圓筒的計算結(jié)果〔基于下段冷卻器殼程圓筒的計算結(jié)果〔3-98綜上所述,殼程圓筒的應(yīng)力校核滿足要求。3.9工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器附件〔折流板的選型安裝折流擋板的目的是為了加大殼程流體的速度,使湍動程度加劇,以提高管殼程對流傳熱系數(shù)。圖3-6圓缺形折流擋板如上圖3-6所示為常用的圓缺形折流擋板。切去的弓形高度約為外殼徑的,一般取為,過高或過低都不利于傳熱。

折流板的間距影響到殼程物流的流向和流速,從而影響到傳熱效率。最小的折流板間距為殼體直徑的1/5并大于50mm。然而,對特殊的設(shè)計考慮可以取較小的間距。由于折流板有支撐管子的作用,所以,通常最大折流板間距為殼體直徑的1/2并不大于TEMA規(guī)定的最大無支撐直管跨距的0.8倍。折流板系列標準中采用的間距值有150、300和600mm三種。依據(jù)下面表3-6所示的相關(guān)標準以及結(jié)合實際設(shè)計的要求,可取折流板間距為,取其厚度,管孔直徑,折流板名義直徑,取折流板缺口高度。表3-63.10工業(yè)萘汽化冷凝冷卻器各接管的尺寸及相應(yīng)的開孔補強結(jié)果取筒體接管材料為20號鋼,,在設(shè)計溫度下,材料的許用應(yīng)力。由于所選接管的厚度為6mm,又接管的公稱直徑為89mm,不大于89mm,故不需要另行補強。取管箱接管材料為20號熱軋?zhí)妓劁摴?,在設(shè)計溫度下,,接管公稱直徑為89mm,厚度為6mm,則同樣不需要另行補強。第四章雙爐雙塔工業(yè)萘連續(xù)精餾工藝系統(tǒng)的其它主要設(shè)備——轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機、管式加熱爐及酚油冷凝冷卻器4.1轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機是將熔融狀態(tài)萘連續(xù)冷卻成固態(tài)散狀萘的機器。轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機由機殼、保溫池、轉(zhuǎn)鼓、刮刀、冷卻水管和傳動裝置組成。刮刀材料為鑄鋁青銅合金,以防摩擦產(chǎn)生火花。鋼轉(zhuǎn)鼓應(yīng)在鼓面上鍍硬質(zhì)鉻。轉(zhuǎn)鼓空心軸裝有冷卻水管,并與裝在鼓頂部且與鼓面平行的數(shù)根噴水管連接。冷卻水噴向轉(zhuǎn)鼓壁的上部以冷卻鼓壁。將合格的液態(tài)萘放入通間接蒸汽的保溫池,轉(zhuǎn)鼓下表面浸入液態(tài)萘中,隨著轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動,萘被鼓的水冷卻而結(jié)晶,附著在轉(zhuǎn)鼓的外壁上,凝固在轉(zhuǎn)鼓面上的物料由刮刀成片狀刮下漏入漏斗。刮刀通過彈簧由手輪壓緊。為改善萘升華損失及操作環(huán)境,當連續(xù)放入熱料時,可停止供蒸汽或少供蒸汽。轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速可由三組皮帶輪更換選用,分別為、、。轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機有直徑為,長,生產(chǎn)能力為及直徑為,長,生產(chǎn)能力為兩種型號。4.2管式加熱爐萘蒸餾的加熱爐均采用圓筒管式爐。對流段爐管水平安裝,采用光管或翅片管。輻射段爐管有兩種類型：一類是采用立管；另一類是采用螺旋型管。國大多數(shù)工藝流程采用圓筒立管式加熱爐。圓筒立管式加熱爐的加熱原理是利用煤氣與空氣擴散燃燒形成高溫火焰,使爐膛及隔墻加熱,并使氣體本身加熱到很高的溫度,這樣一方面使爐管受到高溫氣體與火焰的直接輻射,另一方面由于氣體流動浸潤的影響而起到對流傳導加熱的作用。在輻射室中爐管以受高熱輻射為主,其管焦油能加熱到℃左右,所以適用于二段加熱。在對流室中有根爐管,因受到氣體的浸潤而以熱傳導為主,其管焦油一般只能加熱到℃左右,故適宜于二段加熱脫水。圓筒立管式加熱爐的結(jié)構(gòu)為輻射爐管立式排列,用彎頭連接,彎頭多,壓力損失較大,而且輻射段上、中、下溫度不均勻,所以加熱均勻性較螺旋管式加熱爐差。但立管式爐管便于維修和更換,施工安裝也較螺旋管方便,因此仍得到廣泛應(yīng)用。4.3酚油冷凝冷卻器從初餾塔頂切割出的酚油餾分蒸氣溫度為℃,后進入換熱器。有些廠的生產(chǎn)線是使其先與工業(yè)萘原料換熱后,再進入冷凝冷卻器,多數(shù)廠采用直接使其進入冷凝冷卻器的流程。冷凝冷卻器采用兩節(jié)列管式換熱器,酚油餾分蒸氣走冷凝冷卻器管外,冷卻水走管。油氣被冷凝冷卻至℃,冷凝段傳熱系數(shù)取,冷卻段取。冷卻面積按每小時每噸焦油計算確定。換熱器的類型可選用固定管板式列管換熱器。但冷凝段冷、熱流體溫度差較大,應(yīng)考慮采用膨脹節(jié)等補償措施。寶鋼萘蒸餾系統(tǒng)初餾酚油餾分蒸氣進入第一凝縮器與鍋爐水換熱產(chǎn)生水蒸汽。凝縮器是釜式U形換熱器。酚油氣走管,管外殼程走鍋爐水。這種換熱器是由一種釜式外殼和U形管束組成的。第五章雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘的主要操作過程5.1雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘的開車操作過程開車前的準備①檢查水、電、汽、煤氣系統(tǒng)是否符合開車的調(diào)節(jié)和要求。②檢查系統(tǒng)所屬設(shè)備、管道、儀表、安全設(shè)備是否完好齊全,對停車檢修設(shè)備、管道、閥門必須按要求試壓試漏合格。③檢查閥門開閉,管線走向是否正確。④用蒸汽吹掃管線〔包括夾套、伴管,保證暢通,無泄漏。吹掃蒸汽時要注意窺鏡和流量檢查裝置的管路,蒸汽必須走旁路。凡需通過泵吹掃蒸汽的管路,過泵時間不宜過長,掃通后應(yīng)立即關(guān)閉蒸汽閥；一般情況下嚴禁吹掃蒸汽入塔。⑤制備工業(yè)萘汽化冷卻器循環(huán)軟水,并保持一定水溫。⑥準備好初餾塔脫酚油回流液。⑦做好前后工序聯(lián)系工作,平衡好原料的來源、供應(yīng)及產(chǎn)品的儲存、輸送工作。⑧生產(chǎn)用原料油加熱至規(guī)定溫度取樣分析。開工和正常操作①通知泵工用熱油泵裝塔,塔底液面比正常操作液面高,然后兩塔進行熱油循環(huán)。②通知并協(xié)助爐工點火升溫。塔頂有油氣后,關(guān)閉放散小閥門。冷凝冷卻器要適時適量供水。③初餾塔頂溫度升至℃時,開始打回流。精餾塔頂溫度升至℃時,開始打回流。④調(diào)節(jié)爐溫,使兩塔頂回流量增加到規(guī)定的圍,在單塔進行運轉(zhuǎn)時間一定的情況下,使產(chǎn)品接近或達到合格。⑤初餾塔底液面高度低于操作液面下限時,初餾塔進料。⑥精餾塔底液面低于下限,初餾塔底溫度℃時,液面高度高于正常操作液面時,精餾塔進料。⑦精餾塔液面高度高于正常操作液面,一般溫度高于℃時,開始排殘油。⑧有關(guān)儀表在適當?shù)臅r候投入運轉(zhuǎn)。⑨根據(jù)取樣分析結(jié)果按照技術(shù)指標的要求,調(diào)整各部操作,使生產(chǎn)操作正常穩(wěn)定。⑩正常操作過程中,經(jīng)常檢查冷凝冷卻器的溫度,及時調(diào)節(jié)供水量。發(fā)現(xiàn)儀表有問題,及時與儀表工聯(lián)系修理。改變與其他崗位有關(guān)的操作事前聯(lián)系。5.2雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘的停車操作過程正常停車①通知泵工停原料泵,通知爐工降溫滅火。②工業(yè)萘不合格時,及時通入原料槽。③逐步減少塔頂回流,停止精餾塔進料。④殘油不合格時,及時通入原料槽,一般情況停進料后再停排殘油。⑤逐漸減少冷凝冷卻器的給水量。⑥初餾塔頂溫度降至150℃時,精餾塔頂溫度降至200℃時,停兩塔回流。當塔底溫度降至200℃時,打開塔頂放散小門。⑦停兩塔熱油循環(huán)泵,把初餾塔底油經(jīng)3號熱油泵倒入原料槽,精餾塔底的油〔含萘量不高存入塔中。

⑧各冷凝冷卻器停止供水,油要放空。各工藝管道,用蒸汽清掃暢通。各夾套管、伴隨管停止供蒸汽。⑨停工過程中,自動調(diào)節(jié)儀表要改為手動,停工后停儀表停空氣停電。

⑩各設(shè)備要處于停工狀態(tài)。緊急停車與暫時停車①緊急停車停電或加熱爐爐管泄漏,設(shè)備嚴重泄漏應(yīng)立即熄滅,用蒸汽清掃初餾塔、精餾爐爐管〔吹掃蒸汽要密切觀察管路壓力的緩慢遞增,其他按正常停車處理。②暫時停車系統(tǒng)停水、停蒸汽、停煤氣可作暫時停車,待恢復供蒸汽、供水、供煤氣后再復原,操作按正常停、開車程序進行。5.3雙爐雙塔生產(chǎn)工業(yè)萘的正常操作過程①按照操作技術(shù)規(guī)程控制好溫度、壓力、流量、液位等指標。②保證系統(tǒng)物料平衡,操作要維持穩(wěn)定。③每小時進行一次工業(yè)萘流樣測定〔結(jié)晶點。每小時按