【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .................................................................. 39 裙座殼檢查孔截面的強(qiáng)度校核 .................................................................... 40 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) ................................................................................................................. 42 基礎(chǔ)環(huán)尺寸的確定 ........................................................................................... 42 基礎(chǔ)環(huán)厚度的計(jì)算 ........................................................................................... 42 地腳螺栓的設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 42 . 裙座與塔殼對(duì)接焊縫驗(yàn)算 ..................................................................................... 43 裙座與塔殼連接焊縫結(jié)構(gòu) ............................................................................. 43 裙座與塔體對(duì)接焊縫的驗(yàn)算 ......................................................................... 43 7．精餾塔裝配圖 .................................................................................................................... 44 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 44 致謝 .......................................................................................................................................... 44 化工系畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 蒸餾技術(shù)背景、基本概念和分類(lèi) 蒸餾技術(shù)背景 蒸餾技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)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(guó)的 CellierBlumental 建立了第一個(gè)連續(xù)蒸餾豎踏，填料的使用早在 1820 年就開(kāi)始了，一位名叫 Clement 的技術(shù)師將其最早應(yīng)用在酒精廠(chǎng)中， Perrier 于 1822 年在英格蘭引進(jìn)了早期的泡罩塔板， Coffer 于 1830 年發(fā)明了篩板塔。第一本介紹蒸餾技術(shù)的書(shū)由 Ernest Sorel 在 1893 年完成。 蒸餾作為一單元操作已經(jīng)使用了很長(zhǎng)時(shí)間，且目前工廠(chǎng)的首選分離方法。其使用的條件為： (1) 組分之間揮發(fā)度差別較大；（ 2） 進(jìn)料中不存在高沸點(diǎn)組分；（ 3） 化合物熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；（ 4） 混合物腐蝕性較小。 蒸餾是關(guān)鍵共性技術(shù)。在我國(guó)，蒸餾是目前應(yīng)用最廣占總能消耗最大的化工分離過(guò)程。由于我國(guó)蒸餾技術(shù)能耗高，大型節(jié)能技 術(shù)正面臨挑戰(zhàn)。近年來(lái)，隨著相關(guān)學(xué)科的滲透、蒸餾學(xué)科本身的發(fā)展及經(jīng)濟(jì)全球化的沖擊，我國(guó)蒸餾技術(shù)正向新一代轉(zhuǎn)變，以迎接所面臨的挑戰(zhàn)。其特征為：（ 1） 蒸餾學(xué)科正由傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)過(guò)渡到憑半理論以致理論；（ 2）蒸餾過(guò)程正由傳統(tǒng)的單一分離過(guò)程過(guò)渡到耦合和復(fù)雜的優(yōu)化分離過(guò)程，以提高分離效率和節(jié)能；（ 3） 由對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)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(shù)集成創(chuàng)新性轉(zhuǎn)變；（ 5） 通過(guò)我國(guó)自己的技術(shù)進(jìn)步解決裝置大型化、長(zhǎng)周期運(yùn)行，通過(guò)創(chuàng)新解決蒸餾技術(shù)問(wèn)題，以降低成本、提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。 蒸 餾技術(shù)基本概念 蒸餾過(guò)程主要是利用混合物中各組揮發(fā)程度的不同而進(jìn)行分離。易揮發(fā)組分在氣相中的相對(duì)含量比液相中的高，難揮發(fā)組分在液相中的相對(duì)含量比氣相中高，故借助于多次的部分氣化部分冷凝，達(dá)到輕重組分分離的目的。 蒸餾作為一種分離方法適用面廣，既可以用于液體混合物分離、氣體混合物分離，也可用于固體混合物的分離，蒸餾可以直接獲得所要產(chǎn)品。因此一般蒸餾過(guò)程比較簡(jiǎn)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(jìn)一步將所提取物質(zhì)與介質(zhì)分離。 蒸餾的特點(diǎn)：直接獲取幾乎純態(tài)的產(chǎn)品，而吸收、萃取等操作的 產(chǎn)品為混合物：應(yīng)用范圍廣，可分離液體混合物、氣體混合物、固體混合物：能耗高，氣化、冷凝需要消耗大量的能量，加壓、減壓將消耗額外的能量。 化工系畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 蒸餾技術(shù)分類(lèi) 按蒸餾方式分為：（ 1）平衡蒸餾或簡(jiǎn)單蒸餾 平衡蒸餾即為一般閃蒸過(guò)程，混合液體加熱后，使部分液體氣化，達(dá)到初步分離的目的，這種過(guò)程稱(chēng)為單級(jí)平衡過(guò)程，多用于待分離混合物中各組分揮發(fā)較大而對(duì)分離要求不高的場(chǎng)合，是最簡(jiǎn)單的蒸餾 。（ 2）精餾 又稱(chēng)分批蒸餾，用于待分離混合物中各組分揮發(fā)度相差不大且對(duì)分離要求較高的場(chǎng)所，應(yīng)用最廣泛；（ 3）特殊蒸餾 適合于待分離 混合物中各組分得揮發(fā)度相差很小甚至形成共沸物，普通蒸餾無(wú)法達(dá)到分離要求的場(chǎng)合，主要有萃取精餾、恒沸精餾、鹽熔精餾、反應(yīng)精餾及水蒸氣精餾。 按操作流程分為：（ 1）間歇蒸餾 又稱(chēng)批量蒸餾，用于批量生產(chǎn)某種產(chǎn)品，在一個(gè)操作流程過(guò)程中，他的操作參數(shù)不斷改變，以達(dá)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(chǎng)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(jiàn)的蒸餾方式，在塔中某一板上連續(xù)進(jìn)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(chǎng)合。 按操作壓力分為：（ 1）加壓蒸餾 適 用于常壓下為氣態(tài)（如空氣）或常壓下沸點(diǎn)接近室溫的混合物；（ 2）常壓蒸餾 適用于常壓下沸點(diǎn)在 150C 左右的混合物；（ 3）減壓蒸餾（真空蒸餾） 適用于常壓下沸點(diǎn)較高或熱敏性物質(zhì)，可降低降低其沸點(diǎn)。 按待分離混合物的組分?jǐn)?shù)分為：（ 1）兩組分精餾 被分離物系包含兩種組元，該種物質(zhì)分離計(jì)算簡(jiǎn)單，常以此精餾原理為計(jì)算基礎(chǔ)，然后引申到多組分精餾計(jì)算中；（ 2）多組分精餾 被分離物系包含多組分混合物，是在工業(yè)上最為常見(jiàn)的精餾操作。 塔設(shè)備的作用和類(lèi)型 塔設(shè)備的作用 塔設(shè)備是化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)、石油化 工等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣（汽）液或液液之間進(jìn)行充分接觸，達(dá)到相間傳熱與傳質(zhì)的目的。在塔設(shè)備中進(jìn)行的單元操作有：精餾、吸收、解吸、氣體的增濕及冷卻等。 塔設(shè)備的類(lèi)型 塔設(shè)備的分類(lèi)方法很多，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、萃取塔等；按形成相間接觸面的方式分為具有固定相界面的塔和流動(dòng)過(guò)程中形成相界面的塔；最常用的分類(lèi)是按塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為板式塔、填料式塔兩大類(lèi)。 在板式塔中，塔內(nèi)裝有一定量的塔盤(pán)，氣體自塔底向上以鼓泡噴射的形式穿過(guò)塔盤(pán)化工系畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 上的液層， 使兩相密切接觸，進(jìn)行傳質(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)裝填一定高度的填料，液體自塔頂沿填料表面向下流動(dòng)，作為連續(xù)相的氣體自塔底向上流動(dòng)，與液體進(jìn)行逆流傳質(zhì)，兩相的組分濃度沿塔高呈連續(xù)變化。 蒸餾技術(shù)節(jié)能 蒸餾既包含使混合物汽化和冷凝的傳熱過(guò)程，又包含混合物分離的傳質(zhì)過(guò)程。在此過(guò)程中，熱的有效能轉(zhuǎn)化為化學(xué)有效能，過(guò)程的不可逆性越大，有效能損失越大。蒸餾過(guò)程的能耗巨大，據(jù)估計(jì)，化工過(guò)程中 40%70%的能耗用于分離，而蒸餾能耗又占其中的95%。所以，蒸餾過(guò)程節(jié)能始終是研究的熱點(diǎn)，一 般講，在考慮節(jié)能時(shí)，考慮范圍越廣、越全面，總的節(jié)能效果越好。因此宏觀(guān)講，節(jié)能應(yīng)包括結(jié)構(gòu)節(jié)能、管理節(jié)能和技術(shù)節(jié)能三個(gè)方面。此處主要講技術(shù)節(jié)能，目前國(guó)內(nèi)蒸餾技術(shù)節(jié)能的途徑主要如下。 （ 1）采用新技術(shù)，改進(jìn)工藝過(guò)程 改進(jìn)工藝過(guò)程是蒸餾裝置節(jié)能的重要手段，包括改進(jìn)工藝生產(chǎn)流程，采用節(jié)能新工藝、新技術(shù)等內(nèi)容。 （ 2）采用新型、高效、低耗設(shè)備降低能耗 包括對(duì)塔內(nèi)進(jìn)行改造，改善分餾效率，如應(yīng)用新型塔板、新型流線(xiàn)型填料或其復(fù)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。如優(yōu)化設(shè)計(jì)的折流桿換熱器、不易結(jié)垢得流 化床換熱器以及焊接式等緊湊型高效節(jié)能換熱器等；應(yīng)用新型節(jié)能燃燒器、磁化器等提高加熱爐效率。 （ 3）流程節(jié)能 多組分分離順序的選擇是分離過(guò)程中常遇到的問(wèn)題。目前廣泛采用的是具有一種進(jìn)料和兩個(gè)產(chǎn)品的分離塔。當(dāng)用到這類(lèi)塔系分離多組分混合物時(shí)，就涉及先分離哪一組后分離哪一組的問(wèn)題，因而還要對(duì)分離塔的排列順序做出抉擇。此外，在簡(jiǎn)單分離塔的基礎(chǔ)上采用多段進(jìn)料、側(cè)線(xiàn)采出側(cè)線(xiàn)汽提和熱耦合等方式所構(gòu)成的復(fù)雜塔及其塔系也在多種化工工藝中采用。它在操作和控制上比較復(fù)雜，但在節(jié)能和熱能綜合利用上有明顯的優(yōu)勢(shì)。 （ 4）系統(tǒng)節(jié)能（ “夾點(diǎn)技術(shù) ”） 系統(tǒng)節(jié)能是相對(duì)于局部節(jié)能而言的，是指從整個(gè)系統(tǒng)全局考慮能量的裝換、回收、利用等。系統(tǒng)節(jié)能的理論和方法是在過(guò)程系統(tǒng)和熱力學(xué)分析兩大理論的發(fā)展及其相互綜合與滲透的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，其研究始于 20 世紀(jì) 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(shí)踐中取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 現(xiàn)在蒸餾技術(shù)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn) 隨著經(jīng)濟(jì)全球化和工業(yè)的迅猛發(fā)展，各相關(guān)學(xué)科的相互滲透以及蒸餾學(xué)科本身的發(fā)展，蒸餾技術(shù)向新一代轉(zhuǎn)變。蒸餾裝置大型化、過(guò)程強(qiáng)化和節(jié)能技術(shù)，以及開(kāi)發(fā)新蒸餾過(guò)程等成為研究熱點(diǎn)。 世界 各國(guó)對(duì)于新一代蒸餾過(guò)程具有新思想與創(chuàng)見(jiàn)。如精餾過(guò)程的分子模擬，精餾過(guò)程的分岔現(xiàn)象等均屬于新發(fā)展的前沿問(wèn)題。各國(guó)仍十分重視蒸餾技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用化工系畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 方面，尤其是關(guān)注于各種新發(fā)展的精餾節(jié)能技術(shù)、新型塔板、新型填料（特別是新型規(guī)整填料）、新操作方法等。 與國(guó)外相比，我國(guó)在精餾理論若干方面有先進(jìn)之處，在改造工業(yè)生產(chǎn)的精餾塔方面亦有獨(dú)到之處并取得了顯著成效，但是仍然存在不少問(wèn)題。至今關(guān)于氣液兩相界面相變傳質(zhì)和傳熱及氣泡群傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)規(guī)律仍處于宏觀(guān)和熱力平衡水平上的研究，；理論預(yù)測(cè)傳遞過(guò)程尚處于半經(jīng)驗(yàn)階段，從而導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)安 全系數(shù)過(guò)大，造成材料和能源的很大浪費(fèi)。 在實(shí)際生產(chǎn)中，蒸餾大型化帶來(lái)的流體力學(xué)問(wèn)題（均勻分布、放大效應(yīng)等）；微型化所需的過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)；塔內(nèi)構(gòu)件（填料、塔板、分布器、大型支撐結(jié)構(gòu)等）的開(kāi)發(fā)及大型化應(yīng)用時(shí)熱變形等問(wèn)題，雖然在蒸餾技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用中已經(jīng)得到部分解決，但這些實(shí)際問(wèn)題仍然給蒸餾技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)麻煩和挑戰(zhàn)，是需要繼續(xù)研究和設(shè)法解決的。 綜上，根據(jù)蒸餾學(xué)科的特點(diǎn)和研究現(xiàn)狀，深入蒸餾研究過(guò)程必須突破傳統(tǒng)研究方法，從研究方面、方式上開(kāi)辟新思路，探索新理論，吸收其他學(xué)科的最新研究理論，對(duì)分離設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)化，開(kāi)發(fā)新 型、節(jié)能、高效的復(fù)合蒸餾過(guò)程和設(shè)備，是今后研究需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。 本設(shè)計(jì)中的方案選擇 由于本設(shè)計(jì)任務(wù)中混合物的分離要求較高，故采取精餾操作。一般情況下，板式塔較填料塔有以下優(yōu)點(diǎn)：效率高、處理量大、質(zhì)量小、氣液處理量較大等，又篩板塔操作時(shí)液體橫過(guò)塔板，可以使氣液組分充分接觸，提高分離效率，故本設(shè)計(jì)中選取篩板式精餾塔。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(shè)計(jì) 5 圖 11 工業(yè)上常用的精餾裝置 1—原料液儲(chǔ)槽； 2—加料泵； 3—原料預(yù)熱器； 4—精餾塔； 5—冷凝器； 6—冷凝液儲(chǔ)槽；7—冷卻器； 8—觀(guān)測(cè)罩； 9—餾出液儲(chǔ)槽； 10—?dú)堃簝?chǔ)槽； 11—再沸器 化工系畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 設(shè)計(jì)題目：苯 ― 乙苯精餾 塔的工藝和機(jī)械設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中百分?jǐn)?shù)均為摩爾分?jǐn)?shù)）。 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 設(shè)計(jì)任務(wù)： 生產(chǎn)能力（苯） 5000kg/h 塔頂餾出液含苯 %98? 塔底釜?dú)堃汉? %5? 進(jìn)料組成 45% 操作條件 操作壓力 常壓 （表壓） 進(jìn)料熱狀態(tài) 飽和液體進(jìn)料 塔板類(lèi)型 篩板 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 烏魯木齊 設(shè)計(jì)內(nèi)容