1、 南 京 理 工 大 學(xué)化工課程設(shè)計說明書作 者:學(xué) 號：學(xué)院(系):化工學(xué)院專 業(yè):化學(xué)工程與工藝題 目:甲醇水溶液精餾塔設(shè)計老師指導(dǎo)者： 評閱者： 2010 年 9 月 2010級化工課程設(shè)計任務(wù)書一 設(shè)計題目 分離甲醇水溶液的精餾系統(tǒng)設(shè)計 精餾塔設(shè)計二 設(shè)計任務(wù) 1 處理能力：4500kg/h； 2 進(jìn)料組成：甲醇含量28%(質(zhì)量，下同)，溫度為25； 3 工藝要求：甲醇回收率為97.5%，塔底甲醇含量1%； 4 操作條件：常壓； 5 設(shè)備型式：浮閥塔。三 設(shè)計內(nèi)容 1 設(shè)計方案的確定和流程說明 2 精餾塔的工藝設(shè)計 3 精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 精餾塔的強(qiáng)度設(shè)計 5 其他主要設(shè)備的選型四

2、設(shè)計要求 1 設(shè)計說明書一份； 2 設(shè)計圖紙： a 工藝流程圖一張(采用autocad繪制)； b 主要設(shè)備總裝配圖一張(a1); 3 答辯。五 設(shè)計完成時間 2010.8.232010.9.17 目錄前言 . . 11 工藝設(shè)計. . 11.1流程的確定及設(shè)計方案. 11.1.1 塔板類型. 11.1.2 加料方式.11.1.3 進(jìn)料狀況.21.1.4 塔頂冷凝方式. 21.1.5 回流方式.21.1.6 加熱方式 .21.1.7 操作壓力.21.2 精餾塔的設(shè)計計算 .21.2.1 基本數(shù)據(jù)確定計算.21.2.2 回流比的確定81.2.3 各段氣液流量91.2.4 塔板數(shù)的確定101.2.

3、5 塔徑的初步設(shè)計11 1.3 精餾段，提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果匯總131.4 塔板的設(shè)計計算141.4.1 溢流裝置 141.4.2 塔板的設(shè)計141.4.3 塔的負(fù)荷性能圖 18 1.5 工藝設(shè)計匯總表 .242 結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計 .242.1 接管.242.1.1 進(jìn)料管.242.1.2 回流管.252.1.3 塔釜出料管 .252.1.4 塔頂蒸汽出料管 .252.1.5 塔釜進(jìn)氣管 .262.1.6 法蘭的選擇 .262.2 塔頂?shù)踔?262.3 除沫器.272.4 筒體與封頭.272.5 裙座282.6 人孔 .292.7 塔的總體高度.312.8 塔所受的載荷.322.8.1 重力載荷 .3

4、22.8.2 風(fēng)載荷.333 輔助設(shè)備的選型及校核 .333.1 原料預(yù)熱器的選擇333.2 泵的選取 .343.3 冷凝器和再沸器.34課程設(shè)計小結(jié) .35參考文獻(xiàn) .37 前言塔設(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）液進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到傳質(zhì)和傳熱的目的?？稍谒O(shè)備中完成的常見單元操作有：精餾、吸收、解析和萃取。常用分類是根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，可分為板式塔和填料塔兩大類。板式塔為逐級接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡形式或噴射形式通過塔板上的液層，正常條件下，氣相為分散相，液相為連續(xù)相，氣相組成呈階梯變化，它具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，

5、壓降低，操作彈性大，持液量小等優(yōu)點，被廣泛的使用。本設(shè)計的目的是分離甲醇水混合液，且處理量較大，故選用板式塔。1 工藝設(shè)計11設(shè)計方案及流程的確定111 塔板類型精餾塔的塔板類型共有三種：泡罩塔板，篩孔塔板，浮閥塔板。浮閥塔板具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，造價低等優(yōu)點，且開孔率大，生產(chǎn)能力大，閥片可隨氣流量大小而上下浮動，在較寬的氣體負(fù)荷范圍內(nèi)，均能保持穩(wěn)定操作，氣液接觸時間長，因此塔板效率高。本設(shè)計采用浮閥塔板。112 加料方式加料方式共有兩種：高位槽加料和泵直接加料。采用泵直接加料，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，而且可以引入自動控制系統(tǒng)來實時調(diào)節(jié)流量及流速。故本設(shè)計采用泵直接加料。113 進(jìn)料狀況進(jìn)料方式

6、一般有兩種：冷液進(jìn)料及泡點進(jìn)料。對于冷液進(jìn)料，當(dāng)進(jìn)料組成一定時，流量也一定，但受環(huán)境影響較大；而采用泡點進(jìn)料，不僅較為方便，而且不受環(huán)境溫度的影響，同時又能保證精餾段與提餾段塔徑基本相等，制造方便。故本設(shè)計采用泡點進(jìn)料。114 塔頂冷凝方式甲醇與水不反應(yīng)，且容易冷凝，故塔頂采用全凝器，用水冷凝。塔頂出來的氣體溫度不高，冷凝后的回流液和產(chǎn)品無需進(jìn)一步冷卻，選用全凝器符合要求。115 回流方式回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。本設(shè)計處理量較大，所需塔板數(shù)多，塔較高，為便于檢修和清理，回流冷凝器不適宜塔頂安裝，故采用強(qiáng)制回流。116 加熱方式加熱方式分為直接蒸氣和間接蒸氣加熱。直接蒸氣加熱在一定回流

7、比條件下，塔底蒸氣對回流液有稀釋作用，從而會使理論塔板數(shù)增加，設(shè)備費用上升。故本設(shè)計采用間接蒸氣加熱方式。117 操作壓力甲醇和水在常壓下相對揮發(fā)度相差比較大，因此在常壓下也能比較容易分離，故本設(shè)計采用常壓精餾。1.2精餾塔的設(shè)計計算1.2.1 基本數(shù)據(jù)確定與計算(1) 全塔物料衡算甲醇摩爾質(zhì)量32.04kg/kmol；水摩爾質(zhì)量18.02kg/kmol原料液組成xf（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）：xf= =0.179=17.9% （11）=97.5即=0.975 （12）塔底組成xw：xw= =0.00565=0.565% （13）原料液的平均摩爾質(zhì)量m：m=0.17932.04+(1-0.179)18

8、.02=20.53kg/kmol （14）進(jìn)料量f：f=4500kg/h=4500/20.53=219.2kmol/h物料衡算式：f=d+w （15） fxf=dxd +wxw =0.975 （16）其中d為塔頂產(chǎn)品流量，kmol/l;w為塔釜殘液流量，kmol/l聯(lián)立解得：d=45.586.kmol/h, w=173.614kmol/h, xd=0.859(2) 各種定性溫度表1 甲醇水平衡數(shù)據(jù)【1】平衡溫度t/液相甲醇x%氣相甲醇y%平衡溫度t/液相甲醇x%氣相甲醇y%1000073.846.2077.5692.95.3128.3472.752.9279.7190.37.6740.0171

9、.359.3781.8388.99.2643.5370.068.4984.9285.013.1554.5568.085.6289.6281.620.8362.7366.987.4191.9478.028.1867.7564.710010076.733.3369.18利用表1中數(shù)據(jù)，采用內(nèi)差法計算求得一下溫度進(jìn)料溫度tf： tf=82.90 同理求得： 塔頂氣相溫度tdv=68.49 塔頂液相溫度tdl=68.2 塔底氣相溫度twv=99.86 塔底液相溫度twl=99.24則精餾段平均溫度 t1= =76.44提餾段平均溫度 t2= =91.07(3) 密度表2 不同溫度甲醇水的密度【2】溫度

10、5060708090100甲醇kg/m3750741731721713704水kg/m3988983978972965958對于混合液體的密度（其中a為質(zhì)量分率） （17）【3】對于混合氣體的密度 （其中m為平均摩爾質(zhì)量）（18）a.精餾段 t1=75.55 液相組成x1 得x1=38.43% 氣相組成y1 得y1=72.34%則液相平均摩爾質(zhì)量ml1=0.383432.04+(1-0.3848)18.02=23.42kg/kmol （19）氣相平均摩爾質(zhì)量mv1=0.723432.04+(1-0.7234)18.02=28.16kg/kmol （110）由表2數(shù)據(jù) 得甲=725.45 kg/

11、 m3 同理 得水=974.67kg/ m3 （110） aa=32.04x1/32.04x1+18.02(1-x1)=0.5263 （111） ab=1- aa=0.4737 l1 =0.5363736.59+0.4737980.14 得l1=816.87kg/ m3=0.9848 kg/ m3b.提餾段 t2=91.07 液相組成x2： 得x2=6.97% 氣相組成y2： 得y2=36.55%則液相平均摩爾質(zhì)量ml2=0.069732.04+(1-0.0697)18.02=19.00kg/kmol （112）則氣相平均摩爾質(zhì)量mv2=0.365532.04+(1-0.3655)18.02=

12、23.14kg/kmol （113）由表2數(shù)據(jù) 得甲，=712.04 kg/m3同理 得水，=964.25 kg/m3 aa=32.04x2/32.04x2+18.02(1-x2)=0.1176 ab=1- aa=0.8824 =0.7747 kg/ m3 (4)粘度表3 不同溫度甲醇水的粘度【2】溫度406080100甲醇mpa.s0.4390.3440.2770.228水mpa.s0.6560.4690.3570.284利用內(nèi)差法求得精餾段與提餾段平均溫度下甲醇與水的粘度t1=75.55 得甲=0.296mpa.s 得水=0.390mpa.s則精餾段粘度 1=甲x1+水(1- x1)=0.

13、347mpa.s （114）t2=91.07 得甲，=0.250 mpa.s 得水，=0.317 mpa.s則提餾段粘度 2=甲x2+水(1- x2)=0.312mpa.s （115）(5)表面張力表4 不同溫度甲醇水的表面張力【2】溫度708090100甲醇dyn.cm-118.217.416.415.5水dyn.cm-164.362.660.758.8 二元有機(jī)物水溶液表面張力可用下列各式計算: （116）【1】 注： （117） （118） （119） （120） （121） （122） a=b+q （123） （124） （125）式中下角標(biāo)，w,o,s分別代表水，有機(jī)物及表面部分，x

14、w,xo指主體部分的摩爾分?jǐn)?shù)，vw,vo指主體部分的摩爾體積，w, o分別為純水，有機(jī)物的表面張力，q值決定于有機(jī)物的型式及分子大小。對于醇類有機(jī)物，q值為碳原子個數(shù)，所以對于甲醇水體系，q=1。a.精餾段 ； ； vw=mw/w=m水/l1=18.02103/816.87=22.06cm3/mol （126） vo=mo/o=m甲/v1=32.04/0.9848=32.535cm3/mol （127） xo= x1=0.3848% xw=1- xo=0.6157% 則 (1.086)=0.0360 a=b+q=-0.0595-0.410=-1.005聯(lián)立方程組 sw+so=1 得sw=0.0

15、9 so=0.91則 m11/4=0.0963.5881/4+0.9117.8651/4 得m1=20.39 dyn.cm-1b.提餾段 vw=mw/w=m水/l2=18.02103/925.69=19.47cm3/mol （128） vo=mo/o=m甲/v1=32.04/0.7747=41.36cm3/mol （129） xo= x2=6.97% xw=1- xo=93.03% a=b+q=0.798-0.294=0.504聯(lián)立方程組 sw+so=1得 sw=0.761 so=0.239則m21/4=0.76160.4971/4+0.23916.3041/4 得m2=45.88 dyn.c

16、m-1(6) 相對揮發(fā)度【4】 a.精餾段 xa= x1=3843% xb=1- xa=61.57%由x-y圖查得：ya=72.70% yb=27.30%則 1= =3.848 （130）b.提餾段 xa= x2=6.97% xb=1- xa=93.03%由x-y圖查得：ya=33.0% yb=67.0%則 2=6.574 （131）1.2.2 回流比的確定(1) 最小回流比 圖1 平衡曲線圖由表1中數(shù)據(jù)做出甲醇水的平衡曲線如圖1所示，可知此平衡曲線為非正常曲線，塔中各段相對揮發(fā)度相差較大，故采用圖解法計算最小回流比及理論塔板數(shù)。 從點（xf,xf）向平衡曲線作切線，交縱坐標(biāo)于點b(0,0.3

17、82),該點即為最小回流比條件下精餾段操作線的截距。即 【4】(2) 實際回流比【4】在實際操作中，常取最小回流比的（1.12.0）倍作為實際回流比，在本設(shè)計系統(tǒng)中，經(jīng)過核算，考慮到設(shè)備費用與操作費用，實際回流比取1.6倍的最小回流比，即： 1.2.3各段氣液流量(1) 精餾段 液相流量l：l=rd=0.64545.586=29.2kmol/h （132） 氣相流量v：v=（r+1）d=（0.645+1）40.0=74.8kmol/h （133） 液相體積流量l1： （134） 氣相體積流量v1：（135）(2)提餾段由前言中所述，本系統(tǒng)為泡點進(jìn)料，則：液相流量l：l=l+qf=248.2km

18、ol/h （136） 氣相流量v：v=v=74.8kmol/h （137） 液相體積流量l2： （138） 氣相體積流量v2：（139）1.2.4 塔板數(shù)的確定(1) 理論塔板數(shù)【4】本系統(tǒng)平衡線為非正常曲線，故采用圖解法求理論板數(shù)精餾段操作線方程： 提餾段操作線方程： 如圖2所示xy圖2 操作線與平衡線分別在圖中做出兩條操作線，在平衡線與操作線之間畫階梯，從圖中看出，共得到理論板數(shù)nt=12(包括再沸器)，加料板在第4塊板。即nt精=3塊 nt提=8塊(2) 實際塔板數(shù)已知oconnell公式塔板效率et=0.49(l)-0.245 其中為平均相對揮發(fā)度，l為平均粘度a.精餾段 （140）

19、塊b.提餾段 （141） 塊則實際塔板數(shù)np=18+7=27塊，加料板在第8塊板全塔效率 1.2.5 塔徑的初步設(shè)計塔內(nèi)氣液流量已知，則塔徑與塔內(nèi)氣液流速有關(guān) 求流速有經(jīng)驗式u=(0.60.8)umax （142）其中為平均密度，c為負(fù)荷因子，m/s。c值可由smith關(guān)聯(lián)圖查得：在關(guān)聯(lián)圖中，橫坐標(biāo)為；參數(shù)ht-hl,反映液滴沉降空間高度對負(fù)荷因子的影響（ht為板間距，hl為板上液層高度）對于常壓塔，hl一般取0.050.08m,本設(shè)計取0.06m 【1】本設(shè)計塔板數(shù)較多，而且生產(chǎn)負(fù)荷波動不大，故板間距取較小值即可，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，ht取0.35m.（1）精餾段 = ht-hl=0.35-0.06=

20、0.29m查圖得：c20=0.055對c作修正： （143）則 u1=0.7 umax=1.269m/s （144）經(jīng)過圓整，d1=800mm 空塔氣速u1=1.100 m/s（2）提餾段 = ht-hl=0.35-0.06=0.29m查圖得：c20=0.058對c作修正： （145）則 u2=0.7 umax=1.66m/s （146）經(jīng)過圓整，d2=800mm 空塔氣速u2=1.235 m/s 塔板面積at=(1/4)d2=0.5024m21.3精餾段，提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果匯總表5 精餾段，提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果匯總表物理量精餾段提餾段平均溫度t/75.5591.07平均液相摩爾質(zhì)量ml/kg.kmol

21、-123.4219平均氣相摩爾質(zhì)量mv/kg.kmol-128.1623.14平均液相密度l/kg.m-3816.87925.69平均氣相密度v/kg.m-30.98480.7747粘度/mpa.s0.3470.312表面張力/dyn.cm-139.46245.88平均氣相組成y0.72700.3300平均液相組成x0.38480.0697液相摩爾流量l/kmol.h-129.2248.2液相體積流量l/m3.h-10.8375.094氣相摩爾流量v/kmol.h-174.874.8氣相體積流量v/m3.h-11989.252234.25相對揮發(fā)度3.8486.5741.4塔板的設(shè)計計算1.4

22、.1 溢流裝置(1) 堰長lw【3】本設(shè)計的系統(tǒng)液體流量l,l均比較小，所以采用單流型塔板，溢留堰選擇平直堰。為提高塔板面積的利用率，采用弓形降液管。對于弓形降液管，有l(wèi)w=（0.60.8）d為保證有一定的溢流量，系數(shù)取0.7，則lw=0.7 d=0.56m （147）(2) 出口堰高h(yuǎn)w hw=hl-how （148）堰上液高度how由francis公式確定： （149）【1】其中e為液體收縮系數(shù)，對于甲醇水系統(tǒng)，e1a.精餾段 則堰高h(yuǎn)w=0.06-0.0064=0.0536mb. 提餾段則堰高h(yuǎn)w=0.06-0.0124=0.0476m(3) 降液管a 降液管的有關(guān)參數(shù)可查圖得到 【1】

23、 查圖得： 其中wd為弓形寬度，af為弓形面積，at為塔截面積b 停留時間 【1】 則精餾段 （150）提餾段 （151）c 降液管底隙高度h0降液管底隙流速u0=0.1m/s對于精餾段 （152）對于提餾段 （153）考慮到此處流速較小，為避免被雜物堵塞使液流不暢而引起液泛，取30mm【3】1.4.2 塔板的設(shè)計由于結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，節(jié)省材料，本次設(shè)計采用浮閥式塔板。根據(jù)機(jī)械部標(biāo)準(zhǔn)jb1118-81,選用f1型33g重閥，孔徑d0=26mm，選擇碳鋼材料來制作浮閥，其厚度=3mm(1) 浮閥的數(shù)目與排列【1】孔速可由公式確定，其中f0為閥孔的動能因子，一般取812，本設(shè)計中，f0取為10。

24、則閥數(shù)為保證塔板的強(qiáng)度，需留有一定的邊緣區(qū)和安定區(qū)，在邊緣區(qū)內(nèi)不設(shè)置浮閥，在邊緣區(qū)內(nèi)不設(shè)置閥。取邊緣區(qū)寬度wc=0.05m,安定區(qū)寬度ws=0.1m. 【3】 又開孔區(qū)面積 （154） 其中 a.精餾段 孔速 （155）閥數(shù) （個） （156）采用正三角形排列，孔間距 t = 2.5d0=0.065m，實際孔速 （157）則動能因子 符合要求 （158）開孔率 （159）b.提餾段孔速 （160） （161）采用正三角形排列，孔間距 t = 2.5d0=0.065m，則 （163）實際孔速 （162）則動能因子 符合要求 （163）開孔率 （164） 如圖3所示，共畫得閥數(shù)為45個（整板，除去

25、弓形區(qū)域）下半塊板所示為分塊數(shù)，浮閥與上半塊對稱。 圖3 浮閥塔板示意圖(2) 氣體通過浮閥塔板的壓降hp【1】氣體通過每層塔板的壓降hp=hc+hl+h （165）其中hc為干板阻力，hl為板上充氣液層阻力,h為液體表面張力造成的阻力，可忽略。由于開孔率 ，則 （166）d=26mm,查得：c=0.62,從而c0=1.15c=0.713a.精餾段 hl1= ；可忽略不計綜上 hp1=hc1+hl1=0.051m b. 提餾段hl2= ；可忽略不計綜上 hp2=hc2+hl2=0.050m (3) 液泛【1】塔板不產(chǎn)生液泛的條件，其中 （167）a.精餾段 ，則 符合要求b.提餾段,則 符合要

26、求(4) 霧沫夾帶霧沫夾帶率有兩個公式如下：【1】 （168） （169）二者結(jié)果取最大值，要保證其中，kc為物性系數(shù)，本系統(tǒng)為無泡沫正常體系，kc為1，cf為泛點負(fù)荷系數(shù)，可查圖得到。a.精餾段 z=0.8-20.1144=0.5712m ab=0.5024-20.0439=0.4146m 由查表得cf = 0.088代入公式得：f1=53.0% f1=55.7% ,均小于80%b.提餾段z=0.8-20.1144=0.859m ab=0.5024-20.0439=0.4146m由代入公式得：f1=52.2% f1=52.1% ,均小于80% 1.4.3 塔的負(fù)荷性能圖【1】(1) 霧沫夾帶

27、線已知泛點率取ev=0.1kg液/kg氣為霧沫夾帶底限，即泛點率為80%a.精餾段將代入公式，整理得： 即b.提餾段將代入公式，整理得： 即(2) 漏液線對于f1型重閥，把動能因子f0=5作為氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)。則 ，對于精餾段， （170）對于提餾段， （171）(3) 液相下限為保證正常傳質(zhì)過程的進(jìn)行，堰上最低液層高度為0.004m,取how=0.004m又，代入解得：ls=1.40m3/h （172）(4) 液相上限液體在降液管內(nèi)的停留時間應(yīng)不低于35s，取=5s由 （228）則(5) 液泛線發(fā)生液泛時，臨界條件為 =其中 ， （173）a.精餾段hw=0.0564m,n=45,代入整理

28、得： b.提餾段 hw=0.0476m,n=45,代入整理得：（6）負(fù)荷極限計算a精餾段hp1=hd1hl1hd1=0.2030.060.0003=0.143hc1max=hp1hl1=0.1420.0390.104u0(max)=2.97u0=2.9410.05=29.55m/s 精餾段彈性b、提留段hp2=hd2hl2hd2=0.2000.060.0011=0.139hc2max=hp2hl2=0.1390.0390.100u01(max)=3.02u01=3.0211.27=34.04m/s提餾段彈性綜上：將精餾段與提餾段的各條性能曲線畫于坐標(biāo)系中，如圖4，5所示，由圖可知，各段操作點均

29、在有效范圍內(nèi)。從圖中得出該塔精餾段的氣相負(fù)荷上限vs，max=1.82m3/s ,氣相負(fù)荷下限vs，min=0.55m3/s提餾段的氣相負(fù)荷上限vs，max=2.05m3/s ,氣相負(fù)荷下限vs，min=0.55m3/s所以精餾段操作彈性=3.31 （174） 提餾段操作彈性=3.73 （175）圖4 精餾段負(fù)荷性能圖表6各條曲線所通過的點（精餾段）漏液線液相上限液相下限l(m3/s)v（m3/s)l(m3/s)v（m3/s)l(m3/s)v（m3/s）00.12300.00308800.000477600.0040.12300.0030880.840.00047760.72霧沫夾帶線液泛線操

30、作點與原點連線l(m3/s)v（m3/s)l(m3/s)v（m3/s)l(m3/s)v（m3/s）00.8410.0030880.62436000.0040.7510.0022180.657730.0006480.55270.0004780.72402圖5 提餾段負(fù)荷性能圖表7 各條曲線所通過的點（提餾段）漏液線液相上限液相下限l(m3/s)v（m3/s)l(m3/s)v（m3/s)l(m3/s)v（m3/s)00.12030.00308800.00047800.0040.12030.0030880.95890.0004780.9589霧沫夾帶線液泛線操作點與原點連線l(m3/s)v（m3/s

31、)l(m3/s)v（m3/s)l(m3/s)v（m3/s)00.96170.0030880.7861000.0040.85410.0022180.82270.0014150.62060.0013480.85810.0004780.89621.5塔板工藝設(shè)計匯總表8 精餾段，提餾段塔板數(shù)據(jù)結(jié)果匯總項目精餾段提餾段浮閥數(shù)（單板）/個4545開孔率/%14.5114.51孔速/m.s-110.0511.27單板壓降/pa408.69454.1出口堰高h(yuǎn)w/m0.05640.0476堰上液層高度how/m0.00360.0124弓形面積af /m20.04390.0439弓形寬度wd/m0.11440

32、.1144停留時間/s66.110.08降液管底隙高度h0/m0.030.03堰長lw/m0.560.56霧沫夾帶率%55.752.22 結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計2.1 接管2.1.1 進(jìn)料管【5】進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型有很多，其中直管進(jìn)料方便，而且阻力小，故采用直管進(jìn)料，則進(jìn)料管的直徑，其中v為進(jìn)料流量，m3/s,u為進(jìn)料流速，m/s.tf=82.90 對密度做內(nèi)插 aa=32.04xf/32.04xf+18.04(1-xf)=0.2794ab=1- aa=0.7206 得：l=883.64kg/m3 （21） 進(jìn)料方式有多種，由泵直接進(jìn)料操作方便且容易調(diào)節(jié)流量，但波動較大，本設(shè)計流量較大，采用泵直接進(jìn)料。

33、則uf取1.2m/s。則 查無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，取 質(zhì)量為3.58kg/m2.1.2 回流管回流的方式一般有兩種，直管回流和彎管回流。本設(shè)計采用直管回流。本回流管為塔頂冷凝器的出口管，由冷凝氣的設(shè)計結(jié)果知：回流管的尺寸為mm, 查無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量為3.58kg/m 2.1.3 塔釜出料管【6】塔底的液體出料管一般有直管出料和經(jīng)過裙座的彎管出料，本塔的塔徑不大，宜采用彎管出料?？紤]到安裝的需要，彎管的外型尺寸a小于裙座的內(nèi)徑d,取a=600mm.該塔的出料管即為塔底再沸器的進(jìn)口管，由再沸器的設(shè)計結(jié)果知：取1594.5mm d=150mm查無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量為17.15kg/m2.1.4 塔頂蒸汽出料

34、管【6】對其提出料管的基本要求是：盡可能減少霧沫夾帶，以降低液體物料的損失，采用直管出料。出料氣體的體積流量v=v1/3600= 1989.25/3600=0.553m3/s，出料液流速選擇u=40m/s,則出料管直徑 （22）查無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，取 質(zhì)量為17.15kg/m2.1.5 塔釜進(jìn)氣管【6】對他的氣體進(jìn)料管的基本要求是：避免液體淹沒氣體通道，盡量使氣體沿塔的橫截面分布均勻，本設(shè)計采用帶有斜切口的直管進(jìn)氣，斜切口可改善氣體的分布狀況。該塔的進(jìn)氣管即為塔底再沸器的出口管，由再沸器的設(shè)計結(jié)果知：取3258mm查無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量為62.54kg/m。2.1.6 法蘭的選擇本設(shè)計的塔為常壓操作

35、塔，設(shè)計壓力為0.5mpa,故選擇法蘭時，以，0.6mpa作為其公稱壓力，即pn=0.6則根據(jù)hg5010-58標(biāo)準(zhǔn)，均選擇標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，結(jié)果如表9所示：表9 精餾塔各接管法蘭選擇【7】接管型號法蘭外徑螺栓圓直徑螺栓個數(shù)螺栓尺寸進(jìn)料管pg6dg40 hg5010-581301004m12回流管pg6dg40 hg5010-581301004m12塔釜出料管pg6dg 150 hg5010-582652258m16塔頂蒸氣管pg6dg150 hg5010-582652258m16塔釜進(jìn)氣管pg6dg250 hg5010-5837533512m162.2 塔頂?shù)踔?】對于室外無框架的整體

36、塔，塔高超過15m時，考慮到安裝檢修時起吊塔盤板及其它零件，在塔頂設(shè)置吊柱?？紤]本地基本不受地震載荷的影響，設(shè)計載荷定為w=5000n塔徑d=800mm,則查得其主要參數(shù)為：質(zhì)量為238kg,標(biāo)準(zhǔn)圖號：hg/t21639-1980-162.3 除沫器【5】對于氣體出料處，應(yīng)盡可能減少霧沫夾帶，以將低液體物料的損失，改善后續(xù)的工藝操作，為此，應(yīng)在塔的氣體出口處安裝適宜的除沫裝置。常用的除沫裝置有折板除沫器和絲網(wǎng)除沫器兩種。折板除沫器結(jié)構(gòu)雖然簡單，但金屬消耗量大，造價高；絲網(wǎng)除沫器則比表面積大，重量輕，空隙率達(dá)，效率高，壓降小，使用方便。故本塔采用絲網(wǎng)除沫器。選用hr型絲網(wǎng)除沫器，則k=0.222

37、而在計算塔徑時，求得，精餾段的最大氣速umax=1.813m/s，因此以這個速度作為設(shè)計空塔氣速。則除沫器直徑 （23）選用不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)型除沫器，規(guī)格：dn=700，d=620，絲網(wǎng)質(zhì)量為8.67kg，h1=268mm除沫器裝入塔內(nèi)，其下部離塔板的距離不應(yīng)小于塔板間距，此間距取700mm。2.4 筒體與封頭2.4.1 筒體精餾塔可視為內(nèi)壓容器。其各種設(shè)計參數(shù)如下：a 設(shè)計壓力該精餾塔在常壓下操作，設(shè)計壓力取為0.5mpab 設(shè)計溫度該精餾塔塔底采用加熱介質(zhì)為蒸汽，溫度不超過150,因此設(shè)計溫度定為150。c 許用應(yīng)力該精餾塔筒體采用鋼板卷焊而成，材料選擇q235-a，查得： d 焊縫系數(shù)按照gb

38、150規(guī)定，焊縫系數(shù)主要考慮焊縫形式與對焊縫進(jìn)行無損檢驗長度兩個因素，本設(shè)計采用全焊透對接焊，對焊縫作局部無損探傷，則=0.85壁厚的確定：計算厚度 （24）由計算厚度查得，鋼板負(fù)偏差c1=0.25mm該系統(tǒng)中甲醇對筒體腐蝕較小，年腐蝕率為0.1mm/a,設(shè)計壽命為20年。則c2=0.120=2mm （25）取圓整值=0.66，則筒體壁厚2.4.2 封頭本設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料選用q235-a,除封頭的拼接焊縫需100%探傷外，其余均為對接焊縫局部探傷，則=0.85 （26） （27）取圓整值=0.67，則封頭壁厚以內(nèi)徑為公稱直徑，選用封頭查得封頭曲面高度h1=200mm,直邊高度h2=

39、25mm,內(nèi)表面積f=0.757m3,容積v=0.080 m32.5 裙座【8】對于較高的立式容器，為抵抗風(fēng)載荷及地震載荷，同時為了安裝方便，一般安裝性能較好的裙式支座。本設(shè)計塔徑d=800mm，塔高h(yuǎn)15m,因此采用圓筒形裙座。 裙座結(jié)構(gòu)主要有座圈，基礎(chǔ)環(huán)，螺栓座及人孔。 尺寸確定：基礎(chǔ)環(huán)外（內(nèi)）徑 （28）裙座因受整個塔體的重力載荷，壁厚需大些，取為8mm則基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑dbi=(800+28)-0.3103=516mm （29）基礎(chǔ)環(huán)外徑dbo=(800+28)+0.3103=1116mm （210）經(jīng)過圓整dbi=600mm, dbo=1200mm ,座圈與塔體間采取對接焊的形式。 考慮到

40、安裝再沸器的需要，裙座高度h=3m群座強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核:由設(shè)計溫度查得:所用材料為q235-a, 則 所以群座截面滿足強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定性要求。 2.6 人孔【9】2.6.1 人孔尺寸及結(jié)構(gòu)確定 為了檢查塔設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件，壓力容器需開設(shè)人孔。人孔的形狀一般有圓形和橢圓形兩種。橢圓形人孔的短軸應(yīng)力與受壓容器的筒身軸線平行。本設(shè)計的工作壓力不大，所以采用圓形人孔。圓形人孔的直徑一般為400600mm,此塔選擇500mm直徑。 人孔主要由筒節(jié)，法蘭，蓋板和手柄組成，一般人孔手柄有兩個，通常情況下每隔68塊塔板需設(shè)置一個人孔，本塔共26塊板，需設(shè)置4個人孔，每隔67塊塔板設(shè)置一

41、個人孔。在有人孔的塔板處，板間距需增加，取ht=800mm. 為了便于檢修和安裝，在裙座上也應(yīng)開設(shè)12個不帶蓋板的圓形人孔，直徑也為400mm. 根據(jù)化工處標(biāo)準(zhǔn)hg21515-95這些人孔dn=400mm,pn為常壓，查得人孔的特征尺寸如下： ，螺栓螺母共16個，螺栓直徑長度=m1650,總質(zhì)量（每個人孔）37.0kg.2.6.2 補(bǔ)強(qiáng)【6】開孔以后，一方面由于器壁材料被削弱會引起應(yīng)力的增加和容器強(qiáng)度的減弱，應(yīng)力集中系數(shù)達(dá)到2.5，另一方面由于結(jié)構(gòu)的連續(xù)性破壞，在開孔處會產(chǎn)生較大的附加彎曲應(yīng)力。因此在開孔處都需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)的形式有補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，加強(qiáng)管補(bǔ)強(qiáng)和整鍛件補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，是采用一

42、補(bǔ)強(qiáng)圈來增強(qiáng)開孔邊緣處的金屬強(qiáng)度。考慮到焊接的方便，通常把補(bǔ)強(qiáng)圈放在殼體外側(cè)進(jìn)行單面補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈的材料，厚度一般與殼體相同。為檢驗焊縫的緊密型，補(bǔ)強(qiáng)圈上需鉆m10螺孔一個，以通入壓縮空氣檢驗焊縫質(zhì)量。根據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)原則，補(bǔ)強(qiáng)面積a求取如下：被削弱的面積a= （211）其中為殼體的計算壁厚，d為考慮腐蝕裕量的開孔內(nèi)直徑，c為厚度附加量，n為接管計算壁厚。為強(qiáng)度削弱系數(shù)，=1 d=di+2c2=400+22=404mm （212） （213）有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)寬度b= （214）外伸高度 （215）內(nèi)伸高度 （216）則筒體多余截面積 （217）接管多余截面積 （218）焊縫金屬截面積 （219）則需補(bǔ)強(qiáng)面積a=a-(a1+a2+a3)=844.36-(771.6+187.2+36)= 150.44mm2 （220）因為a1+a2+a3 a,所以開孔不需另加補(bǔ)強(qiáng)。 2.7塔的總體高度（1） 塔頂部空間高度hd塔頂空間指指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，通常取塔頂間距為（1.52.0）ht,同時考慮到安裝除沫器的需要，塔頂空間高度hd取700mm.（2） 進(jìn)料板高度hf為了便于進(jìn)料和安裝進(jìn)料管，在進(jìn)料板處，管間距應(yīng)大一些，hf取為600mm（3） 設(shè)置有人孔的塔板