【正文】 機械強度校核 ................................................................................................. 39 裙座基底面的強度校核 ................................................................................... 39 裙座殼檢查孔截面的強度校核 .................................................................... 40 基礎環(huán)設計 ................................................................................................................. 42 基礎環(huán)尺寸的確定 ........................................................................................... 42 基礎環(huán)厚度的計算 ........................................................................................... 42 地腳螺栓的設計 ....................................................................................................... 42 . 裙座與塔殼對接焊縫驗算 ..................................................................................... 43 裙座與塔殼連接焊縫結(jié)構(gòu) ............................................................................. 43 裙座與塔體對接焊縫的驗算 ......................................................................... 43 7．精餾塔裝配圖 .................................................................................................................... 44 參考文獻 .................................................................................................................................. 44 致謝 .......................................................................................................................................... 44 化工系畢業(yè)設計 1 蒸餾技術背景、基本概念和分類 蒸餾技術背景 蒸餾技術已經(jīng)被廣泛應用了 200 多年，早期使用蒸發(fā)和冷凝裝于酒精提純， 1813年由法國的 CellierBlumental 建立了第一個連續(xù)蒸餾豎踏，填料的使用早在 1820 年就開始了，一位名叫 Clement 的技術師將其最早應用在酒精廠中， Perrier 于 1822 年在英格蘭引進了早期的泡罩塔板， Coffer 于 1830 年發(fā)明了篩板塔。 蒸餾是關鍵共性技術。其特征為：（ 1） 蒸餾學科正由傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗、半經(jīng)驗過渡到憑半理論以致理論；（ 2）蒸餾過程正由傳統(tǒng)的單一分離過程過渡到耦合和復雜的優(yōu)化分離過程，以提高分離效率和節(jié)能；（ 3） 由對環(huán)境造成嚴重污染向注重環(huán)保的一代轉(zhuǎn)變；（ 4）由走加工的道路向技術集成創(chuàng)新性轉(zhuǎn)變；（ 5） 通過我國自己的技術進步解決裝置大型化、長周期運行，通過創(chuàng)新解決蒸餾技術問題，以降低成本、提高國際競爭力。因此一般蒸餾過程比較簡單，不像吸收、萃取、吸附等分離方法，需要外加介質(zhì)（如溶劑），并需要進一步將所提取物質(zhì)與介質(zhì)分離。 按操作流程分為：（ 1）間歇蒸餾 又稱批量蒸餾，用于批量生產(chǎn)某種產(chǎn)品，在一個操作流程過程中，他的操作參數(shù)不斷改變，以達到取得所需餾分的目的，屬于非穩(wěn)態(tài)操作，主要適用于小規(guī)模及某些有特殊要求的場合；（ 2）連續(xù)蒸餾 屬于穩(wěn)態(tài)操作，是工業(yè)生產(chǎn)中最常見的蒸餾方式，在塔中某一板上連續(xù)進料，在塔頂（或塔釜）得到合格產(chǎn)品，適用于大規(guī)模生產(chǎn)的場合。它可使氣（汽）液或液液之間進行充分接觸，達到相間傳熱與傳質(zhì)的目的。 在填料塔中，塔內(nèi)裝填一定高度的填料，液體自塔頂沿填料表面向下流動，作為連續(xù)相的氣體自塔底向上流動，與液體進行逆流傳質(zhì)，兩相的組分濃度沿塔高呈連續(xù)變化。所以，蒸餾過程節(jié)能始終是研究的熱點，一 般講，在考慮節(jié)能時，考慮范圍越廣、越全面，總的節(jié)能效果越好。 （ 2）采用新型、高效、低耗設備降低能耗 包括對塔內(nèi)進行改造，改善分餾效率，如應用新型塔板、新型流線型填料或其復合形式提高分離效率，降低能耗；使用新型換熱器提高熱回收率。當用到這類塔系分離多組分混合物時，就涉及先分離哪一組后分離哪一組的問題，因而還要對分離塔的排列順序做出抉擇。系統(tǒng)節(jié)能的理論和方法是在過程系統(tǒng)和熱力學分析兩大理論的發(fā)展及其相互綜合與滲透的基礎上產(chǎn)生的，其研究始于 20 世紀 70 年代中期， 80 年代在理論上逐漸成熟，方法上逐漸完善，并在工業(yè)實踐中取得了巨大的經(jīng)濟效益。如精餾過程的分子模擬，精餾過程的分岔現(xiàn)象等均屬于新發(fā)展的前沿問題。 在實際生產(chǎn)中，蒸餾大型化帶來的流體力學問題（均勻分布、放大效應等）；微型化所需的過程強化技術；塔內(nèi)構(gòu)件（填料、塔板、分布器、大型支撐結(jié)構(gòu)等）的開發(fā)及大型化應用時熱變形等問題，雖然在蒸餾技術不斷發(fā)展和應用中已經(jīng)得到部分解決，但這些實際問題仍然給蒸餾技術的應用帶來麻煩和挑戰(zhàn)，是需要繼續(xù)研究和設法解決的。工業(yè)中常用的精餾操作流程圖如下圖所示： 化工系畢業(yè)設計 5 圖 11 工業(yè)上常用的精餾裝置 1—原料液儲槽； 2—加料泵； 3—原料預熱器； 4—精餾塔； 5—冷凝器； 6—冷凝液儲槽；7—冷卻器； 8—觀測罩； 9—餾出液儲槽； 10—殘液儲槽； 11—再沸器 化工系畢業(yè)設計 6 設計題目：苯 ― 乙苯精餾 塔的工藝和機械設計 設計一座苯 ― 乙苯連續(xù)精餾塔，要求生產(chǎn)能力為 5000kg/h，塔頂餾出液中含苯不低于 98%，原料液中苯含量為 45%（本設計中百分數(shù)均為摩爾分數(shù)）。 降液管內(nèi)停留時間 降液管內(nèi)停留由下式計算 3 6 0 0 1 0 1 7 0 ???? LfVHA? s5s 可見停留時間足夠長，不會發(fā)生泡沫夾帶現(xiàn)象。 漏液 液體表面張力引起的壓降可由下式計算為： 液注mdL 30 4h ????? ??? ??? 式中 0dm— — 篩 孔 直 徑 則漏點氣速可由下式計算 smhhCugLL )()(30ow??????????????? 則 穩(wěn)定系數(shù) ow0 ???(~2) 故不會發(fā)生嚴重漏液現(xiàn)象。 液體流量上限線 取降液管內(nèi)液體停留時間為 3s 則 hmHA T 3fL 360 360 0V ?????? 在負荷性能圖上 hm 3L ? 處作垂線即可得液 體流量上限線，如 圖中 3。g )()(V ??????? 化工系畢業(yè)設計 19 第二點取液體流量為 hm3L 10V ? ， ? mh L f ???? 則 smhHfT 1639。 塔板工作線 在負荷性能圖上作出 斜率為 V gVl ??的直線 OAB,即為塔板工作線，該線與流體力學上下限線相交于 A、 B 兩點，讀出 A、 B 兩點的縱坐標值為 ? ? ? ?? ?? ?m i n m axm axm i n3370= 2 .6 31280ggggVVVV ??和 由 此 可 求 出 塔 板 操 作 彈 性即 操 作 彈 性 圖 3— 4 精餾塔 負荷性能圖 化工系畢業(yè)設計 21 表 3— 1 工藝設計計算結(jié)果 序號 項目 符號 單位 計算數(shù)據(jù) (精餾段 /提餾段） 1 平均溫度 tm ℃ 108 2 平均壓力 P kPa 3 氣相流量 Vs m3 /s 4 液相流量 Ls m3 /h 5 實際塔板數(shù) Nt 17 6 有效高度 Z m 7 塔徑 D m 8 板間距 HT m 9 溢流形式（降液管） 單溢流弓形 10 堰長 lw m 11 堰高 hw m 12 板上液層高度 hl m 13 堰上液層高度 how m 14 底隙高度 ho m 15 安定區(qū)高度 Wd m 16 邊緣區(qū)高度 Wc m 17 開孔區(qū)面積 Ao m2 18 篩孔直徑 do m 19 篩孔數(shù)目 N 1351 20 孔中心距 t m 21 開孔率 Φ 22 空塔氣速 U m3 /s 23 篩孔氣速 Uo m3 /s 24 穩(wěn)定系數(shù) K 25 停留時間 θ S 26 負荷上限 m3 /s 27 負荷下限 m3 /s 28 液沫夾帶 ev Kg液 /kg氣 29 氣相負荷上限 Vs(max) m3 /s 3370 化工系畢業(yè)設計 22 30 氣相負荷下限 Vs(min) m3 /s 1280 31 操作彈性 j 、壁厚和強度校核 精餾塔塔體材料的選擇 因為本設計的操作壓力是常壓（即 ），工作溫度為 83~℃ ，并且所要分離的物質(zhì)是苯和乙苯，對材料的腐蝕性不大，考慮使用年限及強度要求在滿足條件的材料中選擇 345QR。但由定性分析可知：半球形封頭受力最好，壁厚最薄，但深度大，制造較難，中、低壓小設備不宜采用；碟形封頭的深度可通過過渡半徑 r 加以調(diào)節(jié)，但由于碟形封頭母線曲率不連續(xù)，存在局部應力，故受力不如橢圓形封頭；標準橢圓形封頭制造比較容易，受力狀況比碟形封頭好，故可采用標準橢圓形封頭。 甲型平焊法蘭的各尺寸經(jīng)查資料（《化工設備機械基礎》附表 101）可得，繪于下圖中，連接螺栓為 M20，共 36 個，螺母材料為 235QA。 降液管的形式 采用弓形降液管 依據(jù)：因為弓形降液管具有較大的降液面積 ，氣液分離效果好，降液能力大。根據(jù)精餾塔是在常溫常壓的條件 下工作，人孔標準應按公稱壓力為常 壓的等級選取。合理的氣速食除沫器取的較高的除沫效率的重要因素。 塔體各接管設計 表 4— 1 接管長度 h（ mm） 公稱直徑 DN 不保溫設備接管長 保溫設備接管長 使用公稱壓力（ MP a） 15 80 130 4 20~50 100 150 70~350 150 200 70~500 （見化工設備機械基礎表 1421） (a) 進料管 由工藝計算部分知在泡點溫度 ? ℃ 時，液相平均密度 381 7L kg m? ? 化工系畢業(yè)設計 25 液相平均千摩爾質(zhì)量： ( 1 ) 0 .4 5 7 8 0 .5 5 1 0 6 9 3 .4F F A F BM x M x M k g k mo l? ? ? ? ? ? ? ? 則進料體積流量： 35 3 . 7 1 9 3 . 4 0 . 0 0 1 78 1 0 . 3 7 3 6 0 0Fsf LFMV m s? ?? ? ?? 取適宜的輸送速度 /fu m s? ， 故管直徑 ： 4 4 0 .0 0 1 7 0 .0 3 33 .1 4 2sfVdmu? ?? ? ?? 經(jīng)圓整選取碳鋼管，規(guī)格： 38 ?? ,材料 345QR ， 實際管內(nèi)流速： 224 4 0 . 0 0 1 7 1 . 5 03 . 1 4 0 . 0 3 8sff Vu m sd? ?? ? ?? 設保溫層，所以查表知接管長度： 150h mm? 該管配用的法蘭型式為： HG 20592 法蘭 PL32— RF 16MnⅢ