设计了年处理乙醇-水混合液10万吨的浮阀精馏装置

摘要乙醇的生产方法有两种发酵法和合成法。乙醇水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一。乙醇作为环保燃料成为近年来的研究热点。但是由于乙醇水体系有共沸现象，普通的精馏难于得到高纯度的乙醇。因此，研究和改进乙醇水体系的精馏设备是非常必要的。本文基于精馏的原理，查阅乙醇水体系的相关物性参数，设计了年处理乙醇水混合液10万吨的浮阀精馏装置。这一设计的主要内容有物料衡算，热量衡算，塔体工艺设计，塔板工艺设计，以及部分机械设计。关键词乙醇水；精馏塔设计；机械设计ABSTRACTTHEREARETWOMETHODSOFETHANOLPRODUCTIONFERMENTATIONANDSYNTHESISETHANOLWATERISTHEMOSTCOMMONSOLVENTINTHEINDUSTRY,ISONEOFTHEVERYIMPORTANTCHEMICALRAWMATERIALSETHANOLASAGREENFUELRESEARCHINRECENTYEARSBUTBECAUSEOFTHEETHANOLWATERAZEOTROPE,ORDINARYDISTILLATIONOFHARDTOGETPUREETHANOLTHEREFORE,STUDYANDIMPROVEMENTOFETHANOLWATERSYSTEMOFDISTILLATIONEQUIPMENTISNECESSARYTHISARTICLEISBASEDONTHEPRINCIPLEOFRECTIFICATIONOF,ACCESSTORELATEDPROPERTIESOFETHANOLWATERSYSTEM,DESIGNEDAYEAR100,000TONNESOFAMIXTUREOFETHANOLWATERFLOATVALVEDISTILLATIONUNITTHEKEYFEATURESOFTHEDESIGNAREMATERIALBALANCE,HEATBALANCE,PROCESSDESIGN,PROCESSDESIGNOFTRAYS,ASWELLASSOMEMECHANICALDESIGNKEYWORDSETHANOLWATER；DISTILLATIONTOWERDESIGNMECHANICALDESIGN目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111概述112工艺流程3第2章设计任务书621设计题目及原始条件6第3章塔板的工艺设计731精馏塔全塔物料衡算732计算温度、密度、表面张力、粘度、相对挥发度733理论塔板的计算1434塔径的初步设计1535溢流装置1636塔板布置及浮阀数目与排列17第4章塔板的流体力学计算2141气相通过浮阀塔板的压降2142淹塔2143雾沫夹带验算2244塔板负荷性能图23第5章塔附件设计2851接管2852封头2953除沫器2954裙座3055吊柱3056人孔30第6章塔总体高度的设计3161塔的顶部空间高度3162塔的底部空间高度3163塔立体高度31第7章塔设备的机械设计3271设计条件3272按计算压力计算塔体和封头厚度3273塔设备质量载荷计算3274风载荷和风弯矩计算3575地震弯矩计算3776各种载荷引起的轴向应力3877塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核4078塔体水压试验和吊装时的应力校核4279基础环设计43710地脚螺栓计算44结论46致谢47参考文献48附录49第1章绪论11概述乙醇俗称酒精,系醇类代表,是一种无色透明易挥发和易燃的液体。其分子式C2H6O,结构式CH3CH2OH,分子量46。历史上，关于蒸馏乙醇的最早描述者是MAPPAECLAVICULA他在自己的记述中谈到了乙醇可以用作燃料和溶剂的情况。15世纪以前,乙醇仅作为饮料和药剂，并非大量生产的化学品。18世纪末,才首次有关于无水乙醇生产方法的报道，但真正的工业化乙醇生产是在19世纪末开始发展起来的,到第二次世界大战期间发酵法生产乙醇达到了高峰。发酵法是经典的乙醇生产方法。在一个相当长的时期里,它是许多国家乙醇的主要来源。目前在一些农副产品资源丰富的国家,发酵法仍然是生产乙醇的主要方法。但是发酵法受到原料来源和成本的限制，因此合成法逐渐兴起，自1923年起美国和前苏联同时开始了直接水合法的研究。1945年,美国壳牌化学公司把磷酸吸附在颗粒状硅藻土上,制备成固体催化剂,解决了直接水合法自1923年有报道以来一直没有实用价值催化剂的问题。并在1948年建成年产60KT的乙醇工厂。50年代末,原联邦德国维巴化学公司VEBACHEMIE在壳牌法基础上改进了催化剂,发展为维巴公司自己的直接水合法技术。到60年代,美国的伊斯特曼柯达EASTMANKODAK公司,在水合工艺方面进行了改进,发展成为伊斯特曼柯达公司的直接水合法技术,并在1972年建成一套年产200KT规模的合成乙醇生产工厂。60年代后期,苏联也广泛开展了直接水合法工艺的研究,对水合催化剂进行了改进和提高,最后确定为磷酸硅藻土催化剂。1970年,苏联直接水合法制取乙醇的产量就已达600KT左右,占其乙醇总产量的55左右。直接水合法制乙醇自40年代末期工业化以来,经过不断发展,目前已成为世界合成乙醇的主要方法。我国的乙醇工业是上世纪50年代发展起来的。我国于1958年从前苏联引入年产20KT的间法生产技术,1962年我国开展了直接水合法的研究工作,到70年代建立起年产3KT和50KT的生产装置。合成乙醇工业是在80年代开始投入大规模的生产,如吉化公司的乙烯合成乙醇年产能力已达120KT。1949年我国乙醇年产量只有10KT,而到1987年,总产量超过1000KT,近几年的发展更是迅速,1994年我国的乙醇产量已突破2000KT的大关。乙醇广泛地应用于国民经济的许多部门,它是许多化工产品不可缺少的基础原料和溶剂,利用乙醇可以合成橡胶、聚氯议席、聚苯乙烯、乙二醇、冰醋酸、苯胺、乙醚、酯类、环氧乙烷等；它也是生产油漆和化妆品不可缺少的原料。在医药工业和医疗事业中,乙醇用来配制提取医药制剂和作为消毒剂；染料工业,国防工业等其他工业部门也大量使用乙醇；在食品工业中,乙醇是配制各类白酒、果酒、葡萄酒、药酒和生产食用醋酸及食用香精的主要原料。随着能源短缺情况的日益严重，代用燃料得到广泛重视，乙醇作为一种可能的潜在能源而身价百倍。在汽油中添加520无水乙醇而成的汽油醇应运而生。另外，乙醇还可以作为抗爆剂添加到汽油中代替四乙基铅。长期以来，乙醇多以蒸馏法生产，但是由于乙醇水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液，因此，研究和改进乙醇水体系的精馏设备是非常必要的。精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，从而实现原料混合物中各组成分离。该过程是同时进行传质传热的过程。蒸馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。这一过程是借助板式塔设备实现的。塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见的单元操作有精馏、吸收、解吸和萃取等。塔设备经过长期发展，形成了形式繁多的结构，但是长期以来，最常用的分类是按塔的内件结构分为板式塔和填料塔两大类。在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。目前，我国常用的板式塔型仍为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌形塔等，加强了对筛板塔的科研工作，提出了斜孔塔和浮动喷射塔等新塔型。对多降液管塔盘、导向筛板、网孔塔盘等也都做了较多的研究，并推广应用于生产。其他如大孔径筛板、双孔径筛板、穿流式可调开孔率筛板、浮阀筛板复合塔盘等多种塔型的试验工作也在进行，有些已取得了一定的成果并用于生产。乙醇水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。多年来，蒸馏工艺被认为是最经济的工业化回收乙醇的方法，但是随着能源短缺情况日益严重，研究节能型蒸馏工艺和非蒸馏回收乙醇工艺已成为乙醇工业研究的重要课题。12工艺流程乙醇的生产方法有两种发酵法和合成法，本设计采用直接合成法制乙醇。反应方程式主反应C2H4H2OC2H5OH副反应C2H5OHC2H5OHC2H5OC2H5H2OC2H5OHC2H4OH2合成法生产乙醇的工艺流程图见图1，装置图见图2图1合成法生产乙醇的工艺流程图含乙烯99的原料气经原料气压缩机压到70MPA，与循环压缩机出口的循环气汇合。乙烯气经换热后与高压蒸汽混合加热，合成气终温达到290进水合器，大约有7的乙烯反应，物料温升大约20。反应后的气体经过一系列换热器换热冷却，温度降到50左右进入分离系统。图2合成法生产乙醇的装置图设计的分离系统大致分为三个部分反应产物预处理、粗醇精馏、乙醇精制。反应产物预处理由于乙烯的转化率很低，反应后的物料大部分是未反应的乙烯气体和水，因此我们选用一个高压分离器把不凝气和水、乙醇等产物分开，高压分离器的压力为6570MPA。从高压分离器顶部流出的气体再送入一个醇洗塔，把随气体排出的乙醇用水吸收。从醇洗塔出来的气体做循环气和进料气混合再参加反应。部分循环气排出用水吸收。从醇洗塔出来的气体做循环气和进料气混合再参加反应。部分循环气排出系统以防止惰性气体积累，从高压分离器合醇洗塔底部流出的液相进入下一级粗醇精馏。经过预处理后的粗醇组成主要是水、乙醇、乙醚、乙醛、其它杂质如正丁醇和辛烯、乙烯和其它气体。由于乙醚和乙醛是轻组分，因此先在乙醚塔中分离它们。再经过粗醇浓缩塔，使乙醇含量到达一定的浓度。然后对于难于精馏除去的羰基化合物在催化剂存在下处理后，进入萃取精馏塔处理，萃取剂为水。将多级萃取精馏脱杂质的乙醇液再进行精馏，得到符合市场要求乙醇。图3板式精馏塔的工艺流程简图如图3所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续地从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液），再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。部分冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽、产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽，且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表），以测量物流的各项参数。第2章设计任务书21设计题目及原始条件分离乙醇水混合液的浮阀精馏塔设计生产能力年处理乙醇水混合液10万吨（开工率300天/年）原料乙醇含量为35（质量百分比，下同）的常温液体分离要求塔顶乙醇含量不低于94塔底乙醇含量不高于02第3章塔板的工艺设计31精馏塔全塔物料衡算F原料液流量（KMOL/S）XF原料组成（摩尔分数，下同）D塔顶产品流量（KMOL/S）XD塔顶组成W塔底残液流量（KMOL/S）XW塔底组成原料乙醇组成35/461708F塔顶组成99/DX塔底组成0231W进料量415/46035/186/FKMOLS物料衡算式FDWFXDDXDWXW联立代入求解D0034KMOL/S，W01346KMOL/S32计算温度、密度、表面张力、粘度、相对挥发度表31乙醇水气液平衡组成（摩尔）与温度关系温度/液相气相温度/液相气相温度/液相气相100008272337544579357326841955190170082326085580787467637385890721389181532735926784174727815867966437580739656122781589438943853123847047985079656484116615089797519865991、温度利用表中数据由拉格朗日插值可求得TF、TD、TW84184278394C6367515721993100988DTFFDWWTTCOMMENTYGY1COMMENTYGY2（4）精馏段平均温度18075C2FDT（5）提馏段平均温度9W2密度1ABLAM已知混合液密度为质量百分率，为平均相对分子质量0VT24混合气密度1精馏段8175,CT液相组成，3641X10807329635X1X气相组成，60301Y18572Y1Y所以146030364895/LMKGMOL8V2提馏段C92T液相组成，486X251897X2X气相组成，2922Y2903Y2所以246810486193/LMKGMOL97V表32不同温度下乙醇和水的密度温度/乙水温度/乙水80735971895720961858573096861007169584907249653求得在与下的乙醇和水的密度，乙733925KG/M381075,CT801758033乙,水97111KG/M3968719718水同理，乙7225KG/M3918C2T500242乙，水9640KG/M3918961853653水在精馏段液相密度1LL10364/32048364105947957KG/M3781气相密度MKGV31/2107581243在提馏段液相密度2L9641505748014608/46012LKG/M3798气相密度MKGV32/870915742363混合液体表面张力二元有机物水溶液表面张力可用下列各式计算公式W0XV00WXV1/41/41/4MSS/SS0SXV0LGQWB2/32/30041WVQQTABQ20LGSWA01SW式中下角标，W、O、S分别代表水、有机物及表面部分，XW、XO指主体部分的分子体积，、为纯水、有机物的表面张力，对甲醇Q2。0（1）精馏段8175,CT表33不同温度下的表面张力温度/708090100乙醇表面张力/102N/M2181715162152水表面张力/102N/M26436266075883W1809/47WMVCMOL3465/817OMVCMOL乙醇表面张力，；162755乙0乙水的表面张力，。908067267水624水220000001WWWXVXVXXV（）213649274364536415D00WXX因为，所以20LGL7456WB2/32/3041WVQQT2/32/32170564041098753960ABQ联立方程组20LGSWA01SW求得0168SW83S/41/41/4275M2提馏段892T31/7WVCMOL34695/2817OVCMOL乙醇表面张力，；0910852652乙60乙水的表面张力，。8078水34水220001WWWXVXV（）2486936745486951489D010WXX因为，所以20LGL674583WB2/2/3041WVQQT2/32/31604950604199875130AB联立方程组20LGSWA01SW求得07214SW786S1/41/41/463329M混合物的粘度查表得水0352MPAS，醇0435MPAS81075,CT，查表得水0310MPAS醇0385MPAS92精馏段粘度11X醇水0435603526410382MPAS提馏段粘度22X醇水815相对挥发度精馏段挥发度由得ABX0364,Y03BBX6759,Y037所以59217BAY提馏段挥发度由得BX0486,YBBX0514,Y708所以7ABY6、气液相体积流量计算根据XY相图得，所以。操作MIN08597261489DQXYRMIN2103R回流比可取为最小回流比的1120倍，所以取回流比MIN1520354R（1）精馏段SKMOLDVLL/14031543/7已知1289/LMKGOL8VMGKLL1847/KGMOLV12/KGMOL则质量流量KLLM/01739581OGV240341体积流量31SL71/8MS31SV249/S图4XY相图（2）提馏段因为本设计为饱和液体进料，所以Q1LQF017680275V41KMOL/S已知293/LMKGOLV2M617/,KGMOL。L29817/,KGMOLV20874/KGMOL则质量流量L2M936536S2V170498/KG体积流量32SL536/98MS32SV04/733理论塔板的计算理论板的计算方法可采用逐板计算法图解法，在本次设计中采用图解法。根据101325105PA下，乙醇水气液平衡组成关系可绘出平衡曲线即XY曲线图，泡点进料，所以Q1，即Q为一条直线，本平衡具有下凹部分，操作线尚未落到平衡线前，已与平衡线相切，如图所示XQ0749876,YQ0785266,所以，操作回流比等于。MIN2103RMIN15210354R已知精馏线操作方程1797DNNXYX提馏线操作方程41LQF154610WQWNMM在图上作操作线，由点（08598，08598）起在平衡线和操作线间画阶梯，过精馏段操作线与Q线交点，直到阶梯与平衡线交点小于000078为止，由此得到理论板NT24块（包括再沸器），加料板为第21块理论板。板效率与塔板结构、操作条件、物质的物理性质及流体的力学性质有关，它反映了实际塔板上传质过程进行的程度。板效率可用奥康奈尔公式计算。TLE02459（1）精馏段已知，61L38MPAS所以0245049258TE故。98TPN精块精41PN（2）提馏段已知，8072L316MPAS所以02454993,TE故69730TPN提块提8PN全塔所需实际塔板数块提精491P全塔效率T241E69PN加料板位置在第42块塔板。34塔径的初步设计（1）精馏段由，式中C可由史VLMAXMAXCU806UU，安全系数安全系数密斯关联图查出横坐标数值1/21/23S1LV708470取板间距HT045M,HL007M,则HTHL038，查图可知C2000760202201118C76748475/0201544923SUMSVDUMAXAX圆整后取D20MSMUMDAT/31414122空塔气速横截面积（2）提馏段横坐标数值1/21/2S2LV057980443取板间距HT045M,HL007M,则HTHL038，查图可知C200076020222291C7687843/07319/4658SUMSVDMAXX圆整后取D220MSMUMAT/3451214322空塔气速横截面积35溢流装置1堰长WL取065D0652013M出口堰高本设计采用平直堰，堰上液高度HOW按下式计算近似取E12/38410AOWWLHEL（1）精馏段2/328436071401OWHM56L（2）提馏段2/38436070181OWHM5L2方形降液管的宽度和横截面查图得20721,04,AF07213406M,48AFWDTDDM验算降液管内停留时间精馏段1026452793FTSHSL提馏段21605FTSA停留时间，故降液管可使用。5S降液管底隙高度1精馏段取降液管底隙的流速U013M/S,则，取HO002M1O037H2SWLMLU2提馏段，取HO0042O057H341SWLMLU因为HO不小于20MM,所以HO满足要求。36塔板布置及浮阀数目与排列1塔板分布本设计塔板直径D20M,采用分块式塔板，塔径为20M，所以分五块踏板。2浮阀数目与排列（1）精馏段取阀孔动能因子F012，则孔速112095/OVFUMS（采用F1型浮阀）122437853954SOVNDU取边缘区宽度WC006M，破沫区宽度WS011M，计算塔板上的鼓泡区面积，即22ARCSIN180AXAXRR694CDM201280652SDXW所以22223140652065940659ARCSIN48AAM在整块式塔板中，浮阀数以等腰三角形排列，取同一竖排阀孔孔心距为T75MM，则排间距MNT870753142图5精馏段浮阀排列考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用87MM，而应小些，故取T75MM，按T65MM，以等腰三角形叉排方式作图，排得阀数348个。如图5所示。按N348重新核算孔速即阀孔功能因数124106/0398OUMS1062168OF阀孔动能因子为1168，仍在913范围内，故符合要求。塔板开孔率为，1206OU开孔率在515范围内，因而符合要求。（2）提馏段取阀孔动能因子FO9，则孔速221284/07OVFUMS。2243507859184SVNDU在分块式塔板中，浮阀数以等腰三角形排列，按同一竖排阀孔孔心距T75MM，估算板间距取T80MM，排得浮阀数MT907524为276个，如图6所示按N276重新核算孔速即阀孔功能因数224318/0976OUMS18F阀孔动能因子为1202，仍在913范围内，故符合要求。塔板开孔率为，1345028OU开孔率在515范围内，因而符合要求。图6提馏段浮阀排列第4章塔板的流体力学计算41气相通过浮阀塔板的压降可根据计算1PCH精馏段干板阻力OCVUMS因，故01OC22111064344879VOCLUHMG板上充气液层阻力50505M1OL取，液体表面张力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不计，因此与气体流经塔板的压降相当的高度为，10463508PHM110847198672PLHGPA提馏段干板阻力04CVUS因，故02OC22208741049VOCLUHMG板上充气液层阻力5057035M12OL取，液体表面张力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不计，因此与气体流经塔板的压降相当的高度为，2043507PHM2207928169840PLAHGP42淹塔为了防止发生淹塔现象，要求控制降液管中清液高度。,DTWDPLDHHH即1精馏段单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度HP10081M液体通过降液管的压头损失22110370535011SDWOLHMLH板上液层高度HL007，则HD1008100310070182M。取05，已选定HT045M,HW100547M,则10540572TW可见，所以符合防止淹塔的要求。1DTH提馏段单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度HP20077M液体通过降液管的压头损失2220570153130194SDWOLHMLH板上液层高度HL007，则HD200770001900701489M。取05，已选定HT045M,HW200520M则20540521TW可见，所以符合防止淹塔的要求。2DTH43雾沫夹带验算1360VSSLLFBZKCA泛点率10078VSLFTKCA泛点率1精馏段查得物性系数，泛点负荷系数10125FC224850LDZDWM236BTFA查物性系数K10，泛点负荷系数CF0106所以，泛点率124360715487057628泛点率12487605034对于大塔，为了避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过80，由以上计算可知，在允许的范围之内2提馏段查得物性系数，泛点负荷系数10K012FC泛点率58106821054737492834泛点率，可见在允许的范围之内。90511430278793444塔板负荷性能图1雾沫夹带线136VSSLLFBZKCA泛点率据此可作出负荷性能图中的雾沫夹带线，取泛点率为80代入泛点率计算式。（1）精馏段12361504847008SSVL整理可得雾沫夹带上限方程为93526SSVL（2）提馏段08741360490828SSV整理可得雾沫夹带上限方程为71563SSVL表34雾沫夹带线赋值计算LSM3/S0002001精馏段VSM3/S5823553974M3/SS0002001提馏段M3/S70120647872液泛线1TWPLDCLDHHHH由此确定液泛线，忽略式中。22/326028453401531VOSSTWWLWOWULHHEGLHL而24SOUDN精馏段2211242/3105305307850987214461SSSVLL整理后可得222/316850975SV提馏段21242/3801530534076984811SSSVLL整理后可得222/373059659SSV在操作范围内，任意取若干个LS值，算出相应的VS值表35液泛线赋值计算M3/S1SL0001000300040007精馏段M3/SV7717457326875M3/S2S0001000300040007提馏段M3/S8358105799776883液相负荷上限液体的最大流量应保证降液管中停留时间不低于35S。液体在降液管内停留时间5FTAHS以作为液体在降液管内停留时间的下限，则5S3MAX0264502/FTSAHLMS4漏液线对于F1型重阀，依动能因数作为规定气体的最小负荷的标准，则0F204SOVDNU（1）精馏段2231MIN0557803917/4SVVDNMS（2）提馏段2232IN0662/084SV5液相负荷下限线取堰上液层高度作为液相负荷下限条件作出液相负荷下限线,该线6OWHM于气相流量无关的竖直线。代入的计算式OW2/3MIN602841060SWLL取E10，则MINSL2/331/84S6操作性能负荷图由以上15作出精馏段和提馏段塔板负荷性能图。如下精馏段负荷性能图提馏段负荷性能图由塔板负荷性能图可以看出在任务规定的气液负荷下的操作点P（设计点）处在适宜操作区内的适中位置；塔板的气相负荷上限完全由物沫夹带控制，操作下限由漏液控制；按固定的液气比，由图可查出塔板的气相负荷上限，SVS/M914280653MAX气相负荷下限/372813IN所以精馏段操作弹性，提馏段操作弹性；4571839248表36浮阀塔工艺设计计算结果计算数据项目符号单位精馏段提馏段备注塔径DM22板间距HTM045045塔板类型单溢流弓形降液管分块式塔板空塔气速UM/S1311345堰长LWM1313堰高HWM0054700520板上液层高度M007007降液管底隙高H0M002004浮阀数N348276等腰三角形叉排阀孔气速U0M/S10661281同一横排孔心距浮阀动能因子F011681198相邻横排中心距离临界阀孔气速U0CM/S951131孔心距TM00750075排间距TM0065008单板压降PPA6467269840液体在降液管内停留时间S27491769降液管内清液层高度HDM018201489泛点率57925158气相负荷上限VSMAXM3/S510606158378物沫夹带控制气相负荷下限VSMINM3/S891942239912漏液控制操作弹性32243718第5章塔附件设计塔的外壳多用钢板焊接，如外壳采用铸铁铸造，则往往以每层塔板为一节，然后用法兰连接。板式塔除内部装有塔板、降液管及各种物料的进出口之外，还有很多附属装置，如除沫器、人孔、基座，有时外部还有扶梯或平台。此外，在塔体上有时还焊有保温材料的支承圈。为了检修方便，有时在塔顶装有可转动的吊柱。一般说来，各层塔板的结构是相同的，只有最高一层，最低一层和进料层的结构有所不同。最高一层塔板与塔顶的距离常大于一般塔板间距，以便能良好的除沫。最低一层塔板到塔底的距离较大，以便有较大的塔底空间贮液，保证液体能有1015MIN的停留时间，使塔底液体不致流空。塔底大多是直接通入由塔外再沸器来的蒸气，塔底与再沸器间有管路连接，有时则再塔底釜中设置列管或蛇管换热器，将釜中液体加热汽化。若是直接蒸汽加热，则在釜的下部装一鼓泡管，直接接入加热蒸汽。另外，进料板的板间距也比一般间距大。51接管1进料管进料管的结构种类很多，有直管进料管，弯管进料管，T型进料管。本设计采用直管进料管，管径计算如下取，4SFVDU16/FUMS38705/LPKGM731004/362485SS91D查标准系列选取68452回流管采用直管回流管，取，1/RUMS40375416RDM查标准序列取6033塔釜出料管取，。16/WUMS40576831WDM查标准系列取。74塔顶蒸汽出料管直管出气，取出口气速，20/UMS4105132DM查标准序列取。5395塔釜进气管采用直管，取气速，2/UMS4230481DM查标准序列取。53096法兰由于常压操作，所有法兰均采用标准管法兰，平焊法兰，由不同的公称直径，选用相应的法兰。（1）进料管接管法兰PG6DG30HG501058（2）回流管接管法兰PG6DG30HG501058（3）塔釜出料管法兰PG6DG40HG501058（4）塔顶蒸汽管法兰PG6DG300HG501058（5）塔釜蒸汽进气法兰PG6DG300HG50105852封头封头分为椭圆形封头、蝶形封头等几种，本设计采用椭圆形封头，由公称直径DG2000MM,查得曲面高度H1500MM,直边高度H040MM,内表面积F封43988M2容积V封1047M3。选用封头504,173GDJB53除沫器当空塔气速较大，塔顶带夜现象严重，以及工艺过程中不许出塔气速夹带雾低的情况下，设置除沫器，以液体夹带损失，确保气体纯度，保证后续设备的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器、丝网除沫器以及程流除沫器。本设计采用丝网除沫器，其具有比表面积大、重量轻、空隙大及使用方便等优点。设计气速选取系数LVUK017K81472086/UMS除沫器直径137342SVD选取不锈钢除沫器类型标准型，规格40100，材料不锈钢丝网1GR18NI19,丝网尺寸圆丝054裙座塔底常用裙座支撑，裙座的结构性能好，链接处产生的局部阻力小，所以它是塔设备的主要支座形式，为了制作方便，一般采用圆筒形。由于裙座内径800MM,故裙座壁厚取12MM。基础环内径MM3201024162BID基础环外经MMO圆整，基础环厚度，考虑到腐蚀余量取18MM；170MBI230BO考虑到再沸器，裙座高度取3M，地角螺栓直径取M3055吊柱对于较高的室外无框架的整体塔，在塔顶设置吊柱，对于补充和更换填料、安装和拆卸内件，既经济又方便的一项实施，一般取15M以上的塔物设吊柱，本设计中塔高度较大，因此设吊柱。本设计塔经D2000MM，可选用吊柱500KG。S1300MM，L3900MM,H1100MM。材料为A3。56人孔人孔是安装或检修人员进出塔的唯一通道，人孔的设置应便于进入任何一块塔板，由于设置人孔处塔间距离大，且人孔设备过多会使制造时塔体的弯曲度难于达到要求，一般每隔1020块塔板才设一块踏板本塔中共49块塔板，需设置6个人孔，每个人孔直径为450MM，在设置人孔处，板间距为600MM，裙座上应开两个人孔，直径为450MM，人孔深入塔内部应与塔内壁修平，其边缘需倒棱和磨圆，人孔法兰的密封面及垫片用材，一般与塔的接管法兰相同，本设计也是如此。第6章塔总体高度的设计61塔的顶部空间高度塔的顶部空间高度是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头的直线距离，取除沫器到第一块板的距离500MM，塔顶部空间高度为1200MM。62塔的底部空间高度塔的底部空间高度是指塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线的距离，因塔底空间具有中间储槽的作用，塔釜料液最好停留1015MIN,取釜液停留时间为15MIN。60/057BSVTHTLRA157142/4219M63塔立体高度141054915022THNMHB13943顶封裙第7章塔设备的机械设计71设计条件1计算压力PC11MPA；2设置地区基本风压值QO300N/M2，地震设防烈度为8度，设及基本地震加速度为02G，地震分组为第二组，场地类型为I类，地面粗糙度为B类。3塔壳外表面保温层100MM，保温层材料密度300KG/M34每隔十块塔板开设一个人孔，人孔数为4个，相应在人孔处安装平台，平台宽09M，单位质量150KG/M2,1805塔体与封头材料选用Q345R,其中，A170TMP，裙座材料选用Q235BA170MPA345SP95E6塔体与封头厚度附加量C2MM，裙座厚度附加量3MM。塔体与裙座对接焊缝，塔体焊接接头系数。8072按计算压力计算塔体和封头厚度1塔体厚度计算CTIPD2M6471850172考虑厚度附加量C2MM，经圆整，取N22封头厚度计算采用标准椭圆形封头MPDCTIC6371508172502考虑厚度附加量C2MM，经圆整，取N273塔设备质量载荷计算1筒体圆筒、封头、裙座质量M01圆筒质量1596215MKG封头质量87432裙座质量3596178MKG0123说明（1）塔体圆筒总高度为0259HM查得DN2000MM，厚度12MM的圆筒质量为596KG/M；查得DN2000MM，厚度12MM的椭圆形封头质量为438KG/M；裙座高度3000MM2塔内构件质量M02220275087549104IDKG（查得浮阀塔盘质量为75KG/M2）3保温层质量032203003247852115921439085ININMDHMKG其中，为封头保温层质量，KG034平台、扶梯质量04MFPNINIHQDBDM212402278521090160833KG说明查得，平台；笼式扶梯质量；笼式扶梯总高2/15MKGQPMKGQF/40；平台数量N6。281FHM5操作时物料质量0522220510444IWIWIFDHNHDHV27878175891765995738124097213KG说明精馏段物料密度，提馏段物料密度；封头3184/M329817/KGM容积；塔釜圆筒部分深度；精馏段塔板层数N41，提馏段塔31047FVM0165H板层数N8；精馏段塔板上液层高度提馏段塔板上液层高度。47W052WH6附件质量A按经验取附件质量为0125479AMKG7充水质量W其中，22007859102471082474WIFMDHVKG。3/1KG各种质量载荷汇总将全塔分成6段，计算下列各质量载荷（计算中略有近似）塔段0112233445合计塔段长度/MM10002000700010000913029130人孔与平台数002226塔板数0011211749KGMI/01596119246105960555817916I225904946400411540KGI/031507200118245332MI41604172516895098KGI/0574132939237912731IA1492981153149013894479KGMIW/23027314002802082447I0745157018877190611684357096各段最小质量/KG74515709392121651126135133全塔操作质量/KG010230457096AMM全塔最小质量/KGIN31水压试验时最大质量/KGMAX012034268AW74风载荷和风弯矩计算风载荷计算示例以23段为例计算风载P3NDLFQKE63023131式中K1体型系数，对圆筒形容器，K107Q010M高处变化基本风压值，Q0400N/M2F3风压高度变化系数，查得F3100L3计算段长度，L37000MM脉动影响系数，由查得73T1塔的基本自振周期，对等直径、等厚度圆筒截面面塔30139IEDEHM35096219021087S脉动增大系数，根据自振周期，由表86查得1T振数系数，由表88查得3Z308Z风振系数2K3231FZ2107127塔有效直径。设笼扶梯与塔顶管线成，取以下A,B式中较大者ED90AB433KEOIPSOEOIEDKD22433K3400MM，取400MM，DMPSE103432901547ALA32041054318EDMB2取38EM630211EDLFQKP60724017038132N以上述方法计算出各段风载荷，列于表81中。表81各段风载荷计算结果计算段MLI20/N1IZIIK2IFMHIT平台数K4MDEIPI11000400070720006921101606410026244812200040007072002122110450723002624110637000400070720180211272100102514333883224100004000707905732117601252023603184196135913040007082100021221314229132394321828315截面0051251234WILLLMPPLL800704868210211963272500241549149506795163NM截面1135246234WLLMPPL07010168196320722835712810645710245806724959NM截面223546342WLLLMPPL8701091302197831570293569NM75地震弯矩计算地震弯矩计算时，为了便于分析、计算，可将图226简化成图827取阴尼比为021则衰减指数9502591087TS塔的总高度2130HM全塔操作质量5796KG重力加速度2/8SG地震影响系数MAX12150GT查得（设防烈度8级）4MAX查得30GT0248/052/521131976706129513240850247计算截面距地面高度H00截面H011截面H1000M22截面H3000M截面00GHMME135687209681230N（供参考）00881557EENM截面115352535204178HHGMME352535258960919014010N（供参考）11825639EEM截面22535253501478HHGMME352535258961091903404601N（供参考）228854617EENM76各种载荷引起的轴向应力1计算压力引起的轴向拉力1MPADPEIC504211其中，。MCN12操作质量引起的轴向压应力2截面000257968192340SBISEMGMPAAD令裙座厚度；有效厚度；。MS12MES102ESISBDA截面1102563986740SMGMPAA其中，；为人孔截面的截面积，但相关标准得10531KGSMA28374SM截面2220054736981520IESGMPAAD其中，；。2079KGEIDA3最大弯矩引起的轴向应力3截面0008MAXAX32214603754SBISEMMPAZD其中，008AX3WNM8MA2567102514630E891NMESISBDZ4截面118MAX39703149SMMPA其中118AXWNM18MA0256390259710E8EIDZ4截面22282MAX375102734SBMMPAZ其中228AXWNM28M0571025710E8941NMEIDZ477塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核1塔体的最大组合轴向拉应力校核截面22塔体的最大组合轴向拉庆力发生在正常操作时的22截面上。其中，；K12；。MPA170850MPAKT41738501222MAX328753PAA5MIN,IN,2TCRB满足要求。其中，0941/094EIRA查图59得（16MNR,）B115MPA，,K12