【正文】 δd壁厚(mm)P壓力(kg/cm2)壓力校核140010應(yīng)力校核公式σt=[P(Di+(δdC)]/[2(δdC)φ]；必須滿足σt≦[σ]t符號(hào)意義及單位P壓力(kg/cm2)D直徑(mm)Φ 焊縫系數(shù)C壁厚附加量(mm)S壁厚(mm)σt最大允許應(yīng)力(kgf/cm2)應(yīng)力校核140010本精餾塔設(shè)計(jì)為冷液進(jìn)料，計(jì)算所得精餾段和提餾段的塔徑不一樣。而且，過(guò)冷液體進(jìn)料，進(jìn)料板下方的氣相負(fù)荷要大于上方的，這時(shí)，精餾段的塔徑可以縮小，設(shè)計(jì)為變徑塔。設(shè)計(jì)為變徑塔，可以增強(qiáng)塔的可操作性，降低設(shè)備費(fèi)用。但精餾塔如果分段設(shè)計(jì)成塔徑不同的話，實(shí)際制造是很困難的。故優(yōu)先考慮塔徑不變，通過(guò)改變板的開(kāi)孔率來(lái)實(shí)現(xiàn)精餾段、提餾段的合理操作。故全塔直徑按照提餾段的塔徑來(lái)進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)，即。2. 封頭本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料選用Q235A，除封頭的拼接焊縫需100%探傷外，其余均為對(duì)接焊縫局部探傷。圖101橢圓形封頭示意圖如圖所示，由半個(gè)橢球和一段高為的圓筒形筒節(jié)（稱為直邊）構(gòu)成，封頭曲面深度 ，直邊高度與封頭的公稱直徑有關(guān)。表109 封頭的直邊高度/mm封頭的公稱直徑DN≤20002000封頭的直邊高度h02540公稱直徑 DN /mm曲面高度 h1/mm直邊高度ho/mm內(nèi)表面積 F/m2容積/V m3厚度 δh/mm質(zhì)量G/kg1400350255886106814240101831222014258162951833350[][]20[379]封頭曲面深度 ；直邊高度 內(nèi)表面積 容積 承受內(nèi)壓時(shí)橢圓封頭的赤道處為環(huán)向壓縮應(yīng)力，為了避免失穩(wěn)，%，本設(shè)計(jì)中計(jì)算厚度為，故封頭可以選用，質(zhì)量為。封頭壁厚的確定：計(jì)算厚度 ；K為橢圓封頭形狀系數(shù)，（本設(shè)計(jì)中選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，故K=。） 根據(jù)GB7092006鋼板的厚度允許偏差標(biāo)準(zhǔn)，查得，鋼板負(fù)偏差=該系統(tǒng)中正戊烷和正己烷對(duì)筒體腐蝕較小，腐蝕裕量取2mm壁厚附加量 封頭的設(shè)計(jì)厚度 。封頭的名義厚度 （即標(biāo)注在設(shè)計(jì)圖樣上的封頭厚度）取圓整值，則筒體厚度則封頭的有效厚度塔底采用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形（本設(shè)計(jì)精餾塔的塔徑為1400mm）。由于裙座內(nèi)徑800mm，故裙座壁厚取16mm?；A(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：基礎(chǔ)環(huán)外徑：圓整得： ，則基礎(chǔ)環(huán)寬度為300mm；裙座圈厚度；基礎(chǔ)環(huán)厚度；考慮到再沸器，地角螺銓直徑取M22采用Q235B。塔板間距的大小于液汽和霧沫夾帶有密切關(guān)系。板間距大，可允許氣流速度較高，塔徑可小些；反之，所需的塔徑就要增大。一般來(lái)說(shuō)，取較大的板間距對(duì)提高操作彈性有利，安裝檢修方便，但會(huì)增加塔的造價(jià)，因此，應(yīng)適當(dāng)選擇。本設(shè)計(jì)取HT=450mm，在設(shè)置人孔處，板間距為800mm。塔底空間高指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。塔底空間高度具有中間貯槽的作用，塔釜料液最好能在塔底有10~15min的儲(chǔ)量，以保證塔底料液不致于排完。若塔的進(jìn)料設(shè)有緩沖時(shí)間的容量，則塔底容量可較小。對(duì)于塔底產(chǎn)量大的塔，塔底容量也可取小些，有時(shí)僅取3~5min的儲(chǔ)量。對(duì)于易結(jié)焦物料，塔底停留時(shí)間則應(yīng)按工藝要求而定，值可按儲(chǔ)量和塔徑計(jì)算。塔釜分離空間高的設(shè)定主要考慮以下幾點(diǎn)：塔釜橢圓空間封頭、液位計(jì)、釜底蒸汽進(jìn)口、人孔及其它測(cè)量?jī)x表等占據(jù)的高度來(lái)設(shè)定。一般來(lái)說(shuō)，塔底液面至最下層塔板間要留有1~2m間距。本設(shè)計(jì)中取。3. 進(jìn)料板空間高度HF進(jìn)料段空間高度取決于進(jìn)料口的結(jié)構(gòu)型式和物料狀況。為了防止進(jìn)料直沖塔板，常在進(jìn)料口處考慮安裝防沖實(shí)施，如防沖板，入口堰，緩沖管等，應(yīng)保證這些實(shí)施的安裝。本設(shè)計(jì)中取進(jìn)料板空間高度。由下式計(jì)算：式中：塔頂空間高度，mm塔板間距，mm開(kāi)有人孔的塔板間距，mm進(jìn)料段空間高度，mm塔底空間高度，mm N—實(shí)際塔板數(shù)； S—人孔數(shù)目 本設(shè)計(jì)中、、。則塔體的總有效高度：則塔體的實(shí)際高度為高度： 塔板結(jié)構(gòu)塔板在結(jié)構(gòu)方面要求有一定的剛度，維持板的甲苯平，塔板之間應(yīng)有一定的密封性，以避免氣體，液體走短路，塔板適應(yīng)方便安裝或拆卸等。本設(shè)計(jì)采用單流塔板。整塊式塔的塔體分成若干段塔節(jié)，塔節(jié)與塔節(jié)之間用法蘭連接。每個(gè)塔節(jié)中安裝若干塊疊置起來(lái)的塔板。塔板與塔板之間一段管子支承，并保持所需要的板間距。塔板結(jié)構(gòu)由整塊式塔板，塔板圈和帶溢流堰的降液管組成。塔板圈的高度一般取70mm，但不得底于溢流堰的高度。塔板圈與塔體內(nèi)壁的間隙，一般為10~12mm。填料支承圈用8~10mm圓鋼做成，其焊接位置隨填料層數(shù)而異，一般可取30~40mm。本設(shè)計(jì)采用弓形降液管和溢流堰的結(jié)構(gòu)，在最下層塔板的降液管的末端設(shè)有液封槽。在整塊式塔板結(jié)構(gòu)中，為了便于往塔節(jié)筒體內(nèi)安裝塔板，塔板于塔壁間需有一定的間隙，為了防止氣體由此處通過(guò)，必須將此間隙密封起來(lái)。選用壓圈的型號(hào)為6682mm。每個(gè)塔板上所需的螺柱數(shù)量于塔板數(shù)相同。螺柱布置應(yīng)盡量均勻，并應(yīng)避開(kāi)降液管。定距管支承結(jié)構(gòu)是先將3~4個(gè)支座焊在塔壁上，用定距管和拉桿把塔板緊固在塔體上，定距管除了支承塔板外，并起保持塔板間距的作用。本設(shè)計(jì)采用焊接的支座。為了便于在塔節(jié)內(nèi)裝拆塔板，常在塔板上焊上兩個(gè)吊耳。當(dāng)人不能進(jìn)入筒體內(nèi)安裝和清晰洗，能安裝手孔。 接管結(jié)構(gòu)管路計(jì)算公式一律采用：式中：di為管子的內(nèi)徑，mmLv為流體的體積流量，m3/su為流體的流速，m/s管路均選擇熱軋無(wú)縫鋼管：參考GB816387 進(jìn)料管由，查手冊(cè)得， ，管內(nèi)徑 ，規(guī)格φ76 mm 塔頂蒸汽出料管 由，查平衡曲線得。 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即 4. 體積流量 ， 管內(nèi)徑 ，規(guī)格φ21010mm 回流管1. 塔頂混合物平均摩爾質(zhì)量 3. 實(shí)際回流量 4. 體積流量 5. 取，管內(nèi)徑 6. 圓整取熱軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格φ60 mm 釜液排出管 ，管內(nèi)徑 ，規(guī)格φ100 mm 全凝器冷凝水管1全凝器冷凝水用量 水的密度 4. 體積流量 5. 取，管內(nèi)徑 6. 圓整取熱軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格φ250 mm 再沸器蒸汽管1. 再沸器水蒸汽用量 2. 水蒸氣密度 3. 體積流量 4. 取，管內(nèi)徑 5. 圓整取熱軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格φ30 mm 法蘭 由于常壓操作，所有的法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)法蘭進(jìn)料管接管法蘭： HGJ 4991回流管接管法蘭： HGJ 4991塔頂蒸汽出料管接管法蘭： HGJ 4991釜液排出管法蘭： HGJ 4991蒸汽進(jìn)氣管接管法蘭： HGJ 4991 輔助設(shè)備結(jié)構(gòu)塔頂上升蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝器（全凝器）中，全部冷凝下來(lái)成為液體。一部分液體回流至塔內(nèi)，一部分再經(jīng)冷卻器作為產(chǎn)品，或者上升蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝器（分凝器）部分冷凝下來(lái)，作為回流液回流至塔內(nèi)，余下蒸汽再進(jìn)入冷凝冷卻器，冷凝下來(lái)比進(jìn)而冷卻至一定溫度作為產(chǎn)品取出。大型設(shè)備的冷凝器采用列管式，為提高冷卻甲苯的流速，通常安裝冷卻甲苯在管內(nèi)流動(dòng)，蒸汽在管外冷凝。由于大型精餾塔很高，冷凝器一般安裝在地面，回流液由泵來(lái)輸送，屬冷液回流。其回流比控制較方便，冷凝器安裝和清晰均較方便。冷凝器的換熱面積 塔頂冷凝器的熱量衡算1）熱量衡算式如圖所示，根據(jù)熱量衡算式，有：圖102 塔頂能量平衡圖式中 塔頂蒸汽帶入系統(tǒng)的熱量；回流液帶出系統(tǒng)的熱量；餾出液帶出系統(tǒng)的熱量；冷凝水帶出系統(tǒng)的熱量；2）各股物料的溫度與壓力由塔頂蒸汽組成，通過(guò)氣液平衡數(shù)據(jù)表，℃，該溫度也為回流液和餾出液的溫度。由給定條件知：塔頂?shù)牟僮鲏簭?qiáng)為 P=3）基準(zhǔn)態(tài)的選擇、℃的液態(tài)正戊烷和正己烷為熱量衡算的基準(zhǔn)態(tài)，則：==04）各股物料熱量的計(jì)算當(dāng)時(shí)， 則冷凝器的熱負(fù)荷為：5）冷卻水的用量設(shè)冷卻水的用量為，則：已知： ℃ ℃（本設(shè)計(jì)假定）以進(jìn)出口水溫的平均值為定性溫度： ℃查得水在32℃時(shí)的比熱容為: ℃）5） 冷凝器的換熱面積由上面求得 所以 由塔頂蒸汽組成，通過(guò)氣液平衡數(shù)據(jù)表，℃，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)為冷液回流，℃。冷卻水的進(jìn)口溫度為30℃，出口溫度為34℃。則平均溫度差為：℃求溫差修正系數(shù) 設(shè)定管程數(shù)為多層，殼層數(shù)為一層。殼層走冷凝流體，管程走水。由于冷凝過(guò)程屬于低壓操作，故選用管內(nèi)臥式冷凝器。查得得。 估算換熱面積 假定總傳熱系數(shù)為，估算的換熱面積為再沸器廣泛地應(yīng)用于分離裝置中，再沸器的選用和安裝正確與否將直接影響到裝置的運(yùn)行和產(chǎn)品的質(zhì)量。根據(jù)再沸器的型號(hào)、安裝位置和運(yùn)行方式將其分為若干種型號(hào)：釜式（罐式）再沸器、熱虹吸再沸器等。其中熱虹吸再沸器是指液體在再沸器中由于加熱汽化，汽液混合物的密度明顯減少，在密度差的作用下，產(chǎn)生了升力，使得再沸器中的汽液混合流體向上流動(dòng)并由塔釜的上方進(jìn)入塔釜，而塔釜也因此連續(xù)從再沸器的下端進(jìn)入。通過(guò)對(duì)各種再沸器在投資費(fèi)用、維修、汽化負(fù)荷和進(jìn)料粘度等方面進(jìn)行比較，可得出如下結(jié)論。① 投資費(fèi)用方面比較的結(jié)果：強(qiáng)制循環(huán)再沸器費(fèi)用最高；釜式再沸器費(fèi)用比較高；熱虹吸再沸器費(fèi)用最低。② 再沸器對(duì)進(jìn)料黏度的適應(yīng)性：若進(jìn)料黏度太大或者含有固體物質(zhì)，應(yīng)選用強(qiáng)制循環(huán)再沸器；若進(jìn)料黏度不太大，則可選用單程循環(huán)臥式再沸器。由以上計(jì)算結(jié)果可知，在本設(shè)計(jì)操作條件下：；再沸器的熱負(fù)荷為；加熱介質(zhì)為T(mén)=130℃，絕壓=；傳熱面積為。精餾塔塔底介質(zhì)汽化率為而精餾塔塔底液體黏度為，傳熱面積，故綜上可以初步判斷應(yīng)該選用熱虹吸臥式再沸器（循環(huán)式）。（注：熱虹吸再沸器的汽化率不能超過(guò)25%~30%，因此當(dāng)汽化量較大時(shí)，不能選用一次通過(guò)式，必須采用循環(huán)式再沸器。）由再沸器系列尺寸得：再沸器殼層為，管子尺寸為，管子數(shù)為205根，計(jì)算面積為；取再沸器進(jìn)口管徑，出口管徑。第十一章 校核部分 筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量封頭的高度： 筒體高度： 查得，厚度的圓筒質(zhì)量為 查得，厚度的橢圓形封頭質(zhì)量為 圓筒質(zhì)量： 封頭質(zhì)量： 裙座質(zhì)量：所以 塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量 查表得浮閥塔盤(pán)質(zhì)量為75 保溫層質(zhì)量由于價(jià)格便宜，較易制造，選用膨脹珍珠巖（二級(jí)）作為保溫層材料。其密度為100kg/m3,℃.采用直接涂抹式保溫法。因?yàn)榘霃酱笥?000mm，操作溫度小于150℃，保溫層厚度選為60mm。 平臺(tái)、扶梯的質(zhì)量表111 直立容器質(zhì)量、的參考數(shù)據(jù)名稱質(zhì)量籠式扶梯40kg/m開(kāi)式扶梯15～24 kg/m銅制平臺(tái)150kg/m2浮閥塔盤(pán)75 kg/m2塔盤(pán)充液量70 kg/m2平臺(tái)數(shù)量：由表查得：平臺(tái)質(zhì)量：籠式扶梯質(zhì)量：籠式扶梯高度： 操作物料質(zhì)量精餾段平均密度 提餾段平均密度物料的平均密度 封頭的容積 塔釜圓筒部分深度 人孔，接管，法蘭等附件質(zhì)量 按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為： 充液質(zhì)量 偏心質(zhì)量 各種質(zhì)量載荷匯總?cè)牟僮髻|(zhì)量：全塔最小質(zhì)量：水壓試驗(yàn)時(shí)最大質(zhì)量： 自振周期的計(jì)算 分析塔設(shè)備的振動(dòng)時(shí)，一般情況下不考慮平臺(tái)與外部接管的限制作用以及地基變形的影響，而將塔設(shè)備看成是頂端自由，底端剛性固定，質(zhì)量沿高度連續(xù)分布的懸臂梁。設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量 自振周期 ＝其中，為直立容器總高度，；為設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性模量，；為直立容器筒體的有效厚度（即名義厚度減去壁厚附加量），；為直立容器筒體的內(nèi)直徑，； 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算安裝在室外的塔設(shè)備將受到風(fēng)力的作用。風(fēng)力除了使塔體產(chǎn)生應(yīng)力和變形外，還可能使塔體產(chǎn)生順風(fēng)向的振動(dòng)（縱向振動(dòng)）及垂直于風(fēng)向的誘導(dǎo)振動(dòng)（橫向振動(dòng)）。過(guò)大的塔體應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致塔體的強(qiáng)度及穩(wěn)定失效，而太大的塔體撓度則會(huì)造成塔盤(pán)上的流體分布不均，從而使分離效率下降。因風(fēng)載荷是一種隨機(jī)載荷，因而對(duì)于順風(fēng)向風(fēng)力，可視為由兩部分組成：平均風(fēng)力，又稱穩(wěn)定風(fēng)力，它對(duì)結(jié)構(gòu)的作用相當(dāng)于靜力的作用；脈動(dòng)風(fēng)力，又稱陣風(fēng)脈動(dòng)，它對(duì)結(jié)構(gòu)的作用是動(dòng)力的作用。平均風(fēng)力是風(fēng)載荷的靜力部分，其值等于風(fēng)壓和塔設(shè)備迎風(fēng)面積的乘積。而脈動(dòng)風(fēng)力是非周期性的隨機(jī)作用力，它是風(fēng)載荷的動(dòng)力部分，會(huì)引起塔設(shè)備的振動(dòng)。計(jì)算時(shí)，通常將其折算成靜載荷，即在靜力的基礎(chǔ)上考慮與動(dòng)力有關(guān)的折算系數(shù)，稱風(fēng)振系數(shù)。 風(fēng)力 直立容器受風(fēng)壓作用時(shí)，如同為受均布載荷的懸臂梁，這類載荷是由于空氣流動(dòng)的推力和吸力造成的，而風(fēng)速的大小與方向均為隨機(jī)值，故實(shí)際是一種動(dòng)載荷。但為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將其視為靜載荷時(shí)，必須計(jì)入動(dòng)力系數(shù)與風(fēng)振系數(shù)，因此，直立容器任意段的水平風(fēng)力可按下式計(jì)算。 （）