【正文】 28 塔體強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核 .....................................................................................................32 塔的基本自振周期計(jì)算 ..............................................................................................32 地震載荷計(jì)算 ..............................................................................................................32 風(fēng)載荷的計(jì)算 ..............................................................................................................35 各種載荷引起的軸向應(yīng)力 ..........................................................................................38 筒體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核 ..............................................................40 筒體和裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核 ..................................................................................41 基礎(chǔ)環(huán)厚度計(jì)算 .................................................................................................................43 地腳螺栓計(jì)算 .....................................................................................................................44 地腳螺栓計(jì)算承受的最大壓力 ..................................................................................44 地腳螺栓直徑 ..............................................................................................................44 裙座與塔殼連接焊縫驗(yàn)算 ..........................................................................................44 開(kāi)孔與孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 .............................................................................................................45 填料上下塔段連接部位的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 ..........................................................................45 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 ..............................................................................................................46 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ..............................................................................................................46 接管的選用 .........................................................................................................................47 接管法蘭的選取 .................................................................................................................48第五章 塔設(shè)備的制造及安裝 .....................................................................................................50 制造要求 .............................................................................................................................50 組裝要求 .............................................................................................................................51 封口前的檢查 .....................................................................................................................52心得體會(huì) .......................................................................................................................................53參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................550 / 56第一章 緒論 設(shè)計(jì)題目苯－甲苯連續(xù)精餾塔的工藝設(shè)計(jì)（浮閥塔） 精餾及精餾流程精餾是多級(jí)分離過(guò)程，即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過(guò)程。因此可是混合物得到幾乎完全的分離。精餾可視為由多次蒸餾演變而來(lái)的。精餾操作廣泛用于分離純化各種混合物，是化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中尤為常見(jiàn)的單元操作。化工成產(chǎn)中，精餾主要用于以下幾種目的:（1）獲得餾出液塔頂?shù)漠a(chǎn)品；（2）將溶液多級(jí)分離后，收集餾出液，用于獲得甲苯，氯苯等；（3）脫出雜質(zhì)獲得純凈的溶劑或半成品，如酒精提純，進(jìn)行精餾操作的設(shè)備叫做精餾塔。精餾過(guò)程中采用連續(xù)精餾流程，原料液經(jīng)預(yù)熱器加熱到指定溫度后，送入精餾塔的進(jìn)料板，在進(jìn)料板上與自塔頂上部下降的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每層板上，回流液體與上升蒸汽互相接觸，進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過(guò)程。操作時(shí)，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品，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)入冷凝器中被全部冷凝，并將部分冷凝液用泵送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)冷卻器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。根據(jù)精餾原理可知，單有精餾塔還不能完成精餾操作，必須同時(shí)擁有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時(shí)還有配原料液，預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。 精餾的分類(lèi)按操作方式可分為:間歇式和連續(xù)式，工業(yè)上大多數(shù)精餾過(guò)程都是采用連續(xù)穩(wěn)定的操1 / 56作過(guò)程?；ぶ械木s操作大多數(shù)是分離多組分溶液。多組分精餾的特點(diǎn)：⑴能保證產(chǎn)品質(zhì)量，滿足工藝要求，生產(chǎn)能力大；⑵流程短，設(shè)備投資費(fèi)用少；⑶耗能量低，收率高，操作費(fèi)用低；⑷操作管理方便。 精餾塔的工作原理塔設(shè)備的工作原理是通過(guò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)使氣液兩相或液液之間充分接觸，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量傳遞和熱量傳遞。它是一種重要的單元操作設(shè)備，在石油化工、煉油、醫(yī)藥及環(huán)境保護(hù)等工業(yè)部門(mén)應(yīng)用廣泛。蒸餾裝置包括精餾塔，原料預(yù)熱器，蒸餾釜（再沸器） ，冷凝器，釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。蒸餾過(guò)程按操作方式的不同，分為連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾兩種流程。連續(xù)蒸餾具有生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)蒸餾為主。間歇蒸餾具有操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于小規(guī)模、多品種或多種組分物系的初步分離。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容，主要是工藝設(shè)計(jì)部分，塔板的類(lèi)型和選擇、操作壓力的選擇、精餾塔的物料衡算、確定塔高、塔徑、理論塔板數(shù)、全塔效率、塔頂及塔底產(chǎn)品的預(yù)分配、溢流裝置的設(shè)計(jì)、塔板流體力學(xué)驗(yàn)算、氣相通過(guò)篩板塔的壓強(qiáng)降等。本次設(shè)計(jì)的題目是苯——甲苯連續(xù)精餾塔的工藝設(shè)計(jì)，選用篩板式塔。此塔具有生產(chǎn)能力較大、操作彈性大、液面落差也較小、壓力降小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低等特點(diǎn)，發(fā)展前途廣泛，主要應(yīng)用于石油、化工、輕工、醫(yī)藥及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。 精餾操作的特點(diǎn) 從上述對(duì)精餾過(guò)程的簡(jiǎn)單介紹可知，常見(jiàn)的精餾塔的兩端分別為汽化成分的冷凝和液體的沸騰的傳熱過(guò)程，精餾塔也就是一種換熱器。但和一般的傳熱過(guò)程相比，精餾操作又有如下特點(diǎn)：（1)沸點(diǎn)升高 2 / 56精餾的溶液中含有沸點(diǎn)不同的溶劑，在相同的壓力下溶液的蒸汽壓較同溫度下純?nèi)軇┑钠瘔旱停谷芤旱姆悬c(diǎn)高于醇溶液的沸點(diǎn)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為沸點(diǎn)的升高。在加熱汽化溫度一定的情況下，汽化溶液時(shí)的傳熱溫差必定小于加熱純?nèi)軇┑募儨夭睿胰芤旱臐舛仍礁?，這種影響也越顯著。（2)物料的工藝特性 精餾溶液本身具有某些特性，如某些物料在加入到溶液中時(shí)可與溶液中的某一組分或幾組分形成恒沸液等。如何利用物料的特性和工藝要求，選擇適宜的精流流程和設(shè)備是精餾操作彼此需要知道和必須考慮的問(wèn)題。（3)節(jié)約能源 精餾汽化的溶劑量較大，需要消耗較大的加熱蒸汽。如何充分利用熱量提高加熱蒸汽的利用率是精餾操作需要考慮的另一個(gè)問(wèn)題。 塔板的類(lèi)型與選擇 塔板是板式塔的主要構(gòu)件，分為錯(cuò)流式塔板和逆流式塔板兩類(lèi) ，工業(yè)應(yīng)用以錯(cuò)流式 塔板為主，常用的錯(cuò)流式塔板有：泡罩塔板、篩孔塔板和浮閥塔板。我們應(yīng)用的是浮閥塔板，因?yàn)樗窃谂菡炙搴秃Y孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它吸收了兩種塔板的優(yōu)點(diǎn)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，造價(jià)低；塔板開(kāi)孔率大，生產(chǎn)能力大；由于閥片可隨氣量變化自由升降，故操作彈性大，因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng)，故塔板效率較高。3 / 56第二章 精餾塔的設(shè)計(jì)任務(wù) 精餾塔的工藝參數(shù)1. 進(jìn)精餾塔的料液含苯 35%(質(zhì)量)，其余為甲苯。2. 產(chǎn)品的苯含量不得低于 98%（質(zhì)量） 。3. 釜液中苯含量不得高于 %（質(zhì)量） 。4. 生產(chǎn)能力為年（8000 小時(shí)）產(chǎn) 16 萬(wàn)噸 98%（質(zhì)量）的苯產(chǎn)品。5. 操作條件（1）精餾塔塔內(nèi)壓強(qiáng) 常壓（2）進(jìn)料熱狀態(tài) 泡點(diǎn)（3）回流比 自選（4）加熱蒸汽 低壓飽和蒸汽（5）單板壓降 ≯（6）塔頂壓強(qiáng) 35kPa（表壓）6. 設(shè)備型式 浮閥塔。 設(shè)計(jì)內(nèi)容塔板數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查取及估算，工藝過(guò)程的物料衡算及熱量衡算，理論，塔板效率，實(shí)際塔板數(shù)，板間距，塔徑，塔高，溢流裝置，塔盤(pán)布置，流體力學(xué)驗(yàn)算，操作負(fù)荷性能圖及操作彈性等等。3. 精餾塔的機(jī)械設(shè)計(jì)選材，壁厚質(zhì)量計(jì)算，載荷的校核，如地震載荷風(fēng)彎距計(jì)算等，開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)等等。4. 主要附屬設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型4 / 56 工藝流程設(shè)計(jì)方案工藝流程：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)的從再沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海┰俜衅髦性弦翰糠制?，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。并將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。為了便于了解操作中的情況及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和采取相應(yīng)的措施，常在流程中的適當(dāng)位置設(shè)置必要的儀表。比如流量計(jì)、溫度計(jì)和壓力表等，以測(cè)量物流的各項(xiàng)參數(shù)。5 / 56第三章 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)方案的確定 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯和甲苯二元混合物，故采用常壓下的連續(xù)精餾裝置。本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)溫度下一部分回流至塔內(nèi)進(jìn)一步精餾，其余部分作為產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送入儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，故采用的最小回流比較小，操作回流比取最小回流比的 倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔釜產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入儲(chǔ)罐。 精餾塔的物料衡算 原料液、塔頂和塔釜產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)苯的摩爾質(zhì)量 kmol/g78?AM甲苯的摩爾質(zhì)量 92B ????..592W? 原料液、塔頂和塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 ????kg