60吨纯苯项目精馏塔设机械设计

1、仅供个人参考湖北民族学院化工机械与设备课程设计题目 :年产 60 万吨纯苯项目精馏塔机械设计系别 :化学环境与工程学院专业 :_应用化学学号 :0姓名 :王胜2012年 11月 24 日目录一、概述 .31.1精馏过程对塔设备的要求 .31.2选择浮阀塔的依据 .错误！未定义书签。1.3精馏塔的设计步骤 .41.4工艺条件 .4二材料选择 .错误！未定义书签。三按设计压力计算筒体和封头厚度，确定裙座厚壁。.错误！未定义书签。3.1塔筒体壁厚计算 .错误！未定义书签。3.2封头壁厚计算 .53.3确定裙座壁厚 .5四、载荷计算 .5不得用于商业用途仅供个人参考4.1塔重 .54.2风载荷计算及风

2、力矩 .6五、各种载荷产生的轴向应力计算 .错误！未定义书签。六、 塔体的强度及轴向稳定性验算 .错误！未定义书签。6.1塔体 1-1 截面抗压强度和轴向稳定性验算.错误！未定义书签。6.2塔体 1-1 截面的抗压强度计算 .错误！未定义书签。七、 裙座的强度及稳定性验算 .错误！未定义书签。7.1座底部 0-0 截面轴向应力计算 .错误！未定义书签。7.2裙座焊缝强度验算 .错误！未定义书签。八 、水压试验时塔的强度和稳定性验算 .错误！未定义书签。8.1塔件 1-1 面强度校核 .错误！未定义书签。8.2塔体 H 截面最大轴向拉应力验算 .错误！未定义书签。8.3塔体 H 截面最大组合轴向

3、压应力验算 .错误！未定义书签。8.4裙座底部 0-0 截面的强度与轴向稳定性验算.错误！未定义书签。九、基础环设计 .错误！未定义书签。9.1基础环的内径计算 .错误！未定义书签。9.2混凝土基础强度校核 .错误！未定义书签。9.3基础环厚度设计 .错误！未定义书签。十、地脚螺栓强度设计 .错误！未定义书签。附表 .错误！未定义书签。总结 .错误！未定义书签。参考文献 .14不得用于商业用途仅供个人参考一、概述1.1精馏过程对塔设备的要求精馏所进行的是气 ( 汽)、液两相之间的传质，而作为气 ( 汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气 (汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效

4、率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求： 气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气 (汽 )、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 塔内的滞留量要小。实际上，任何塔

5、设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时可根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。1.2 选择浮阀塔的依据常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，本方案主要是采用浮阀塔。因为浮阀塔具有以下优点：1生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%40%，与筛板塔接近。2操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。3塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹不得用于商业用途仅供个人参考带量小

6、，塔板效率高。4气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。5塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的50%80%，但是比筛板塔高 20%30% 。近几十年来，人们对浮阀塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计浮阀塔比较合适。1.3 精馏塔的设计步骤本设计按以下几个阶段进行：（1） 设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的操作条件及其材质的选取等进行论述。（2） 塔设备设计：计算塔板各主要尺寸计算，进行各种载荷的校核计算。（3） 抄写说明书。（4） 绘制精馏塔的机械设备图。1.4 工艺条件本设计任务为用一常

7、压连续精馏塔分离含苯40%（质量分数）的苯 -甲苯混合液，采用连续精馏流程，生产年产60 吨纯苯。分离要求（摩尔分率）,x摩xD>=99.5%<=2%(W尔分率 )。进料状态为饱和液体，回流比为R=3.5平板压降 <=0.7kPa塔顶压力 4kPa( 表压 )设计加热蒸汽压力P=0.11MPa设计温度T=81 设计风压值300Pa保温层厚度100mm安装在恩施地区地震强烈度在六度以下二 材料选择设计压力属于低分压分离设备， 一类容器。介质腐蚀性未提特殊要求， 设计温度 T=81 ，温度不高，介质腐蚀性弱，所以选 20R钢作为塔体材料，裙座材料选 Q235钢。不得用于商业用途仅

8、供个人参考三按设计压力计算筒体和封头厚度，确定裙座厚壁。3.1 塔筒体壁厚计算PDi由d2tC2 （1）pc查表 T=81时， 20R的许用应力为 133MPa，（双面对接焊，局部无损伤） ，0.85 , 取C1=0.8mm，( 估计筒壁厚度在6 16mm),介质为水腐蚀裕量取C2 =2mm。由已知条件 C2=4mm,0.1112001330.850.11 2 2.59mm , 则 圆 整 后 取 塔 体 壁 厚d2n7mm,enC7 25mm,3.2 封头壁厚计算采用标准椭圆形封头0.111200d21330.52 2.58mm ,0.850.11则圆整后取与筒体相同的厚度, 即n7mm,3

9、.3 确定裙座壁厚裙座取与筒体封头相同的厚度：即n7mm,四、载荷计算4.1 塔重塔体重量 Q13082kgn 层内部重量载荷Q213.141.2 275121017 kg4保温层重量载荷（保温层厚度为100mm）Q313.14(1.220.0072 0.1)2(1.2 2 0.007) 2 7800 3 9.81 984kg4平台重量载荷由工艺条件知，本塔只需开两个入口，在入孔处设平台，n=2（平台重 500kg，斜梯重 80kg）不得用于商业用途仅供个人参考Q4 =1160kg物料重量载荷Q5 =1530kg附件重量载荷（含裙座）Q6 =450kg冲水重量载荷Q7 = 3.141.2 21

10、2100013565 kg4故操作时重量载荷Q=Q3Q4Q5Q6（ ）Q1 Q22=3082+1017+984+1160+1530+450=8223kg水压试验时塔用重量最大，即QmaxQ1Q2Q3Q4Q5Q6 +Q7 =21788kg（ 3）设备安装时重量载荷最小Qmin Q1 Q4 Q6 =4692kg（ 4）4.2 风载荷计算及风力矩由风载荷 P= K1 K 2q0 fi Li Dei（5）K1 =0.7, 由塔高，塔经估取 K 2 =1.6, 由表查得恩施地区q0 =30 10 5 MPaf i 值如下 :0-5m 段，查表得 f10.78,l1505m5-7.8m 段，查表得 f21

11、.04, l27.852.8 m塔体有效直径 DefD02 efK 3K 4;（6）取 K 3 200mm, K42A，其最大值为计算塔段7.8m 中有一层平台，平台面积 0.5 ，li则不得用于商业用途仅供个人参考20.5106K 45000200mm为简化计算偏安全计，取Def12002 1002002001800mm塔体各段风力0-5mm段 ,P1K1 K 21q0 f1l1Def0.71.60.000300.78500018002358.72 N（ 7）5-7.8 段P2K1 K 22 q0 f1l2 Def0.7 1.60.000301.04280018001693.44N塔体底部（

12、 1-1截面）弯矩0 0l1l2500028006N .mm （8）M wP1 2P2 (l12 )2358.7221693.44 (50002)16.735 10裙座底部（ 0-0截面）弯矩M w0 0P1lP2 (l1l2 )22l151.23.8mP=K1 K 2q0 f i Li D ef0.71.6 0.00030 0.78 38001800 1792.63N .mmM w0 0 =1792.6338001693.44 (38002800 )12.212N .mm22五、各种载荷产生的轴向应力计算塔体与裙座连接处（ 1-1 截面）由设计压力引起的轴向力1 1PDi0.11120027

13、.5MPa（9）14 e41.2由最大弯矩引起的轴向力1 1M w1 116.735 10612.34MPa （10）20.785Di e0.785120021.2由重量载荷引起的轴向力3Qg(Q1Q2Q3 Q4Q5 )9.81 14.34MPa （11）1 1Die12001.2不得用于商业用途仅供个人参考裙座底部（ 0-0 截面）000100M w0 012.212 1069.00MPa20.785Di20.785 12002e1.20014.34MPa3六、 塔体的强度及轴向稳定性验算6.1 塔体 1-1 截面抗压强度和轴向稳定性验算t111111max23（ 12）cr t查表 t89

14、.6MPa ， Et3.42105 MPa cr t0.06 3.42 1051.260041.04MPa由于max12.34 14.34t因此塔底 1-1 截面满足抗压强及轴向稳定条件6.2 塔体 1-1 截面的抗压强度计算1 1111 1（13）max123 t t89.60.8576.2MPa1 127.512.3414.3429.5MPa tmax满足抗压强度条件上述各项证明塔体厚度可以满足整个塔体的强度，刚度及稳定性要求。七、 裙座的强度及稳定性验算7.1 座底部 0-0 截面轴向应力计算000009 14.34 23.34MPa（14）max12查表得 t133MP， E t3.4

15、2 105 MPaa不得用于商业用途仅供个人参考即 cr t0.06 3.42 105 1.2 600 41.04MPa0 0max tcr t满足强度及轴向稳定性验算7.2裙座焊缝强度验算M 1 1max(Q 0Q 6 )0.6 t（15）0 .785 D rD i e故31 121 12 MPa0.6 t0 .6 13379 . 8 MPa满足裙座焊缝强度条件八 、水压试验时塔的强度和稳定性验算8.1塔件 1-1面强度校核由PT Die0.9（16）T2e查表=245MPa , =113MPa塔高取 7.8m, 取 P =0.078MPaPT1.25P1 .25 0 .111130 .2

16、MP a （ 17 ）故P t0 .0781330.2(12001.2)117.8MPa0.9 245220.5MPaT21.20.85满足强度条件要求。8.2塔体 H 截面最大轴向拉应力验算PTD i11g011Q max.3 M w0 .9（19）maxD i0 .785 D i4eee代入数据不得用于商业用途仅供个人参考0 . 21200Q m axQ 69 .810 .316 .735106m ax1 .23. 1412001 .20 .7851200 228 .65 MP a41 .20.9 2450.85187 .4 MP a（20）满足抗拉强度条件要求8.3塔体 H 截面最大组合

17、轴向压应力验算QT0.3M w110.8（21）T0.785 Di cre Die代入数据(11998450 )0 .316 .735106T12001 .20 .78526. 26 MP a （22）3.1412001 .20.80.8 245 MP acr 41 .4 MP a满足抗压强度和轴向稳定性条件要求。8.4裙座底部 0-0 截面的强度与轴向稳定性验算TQmax11g0.86（23）D icr e查表得235 MP a代入数据：119989 .810.312 .212 10 6T3.1412001.20 .78528 .73 MP a1200 1200 1.20.80.823518

18、8 MP acr 41 .04 MP a满足强度和轴向稳定性条件要求。九、基础环设计9.1基础环的内径计算不得用于商业用途仅供个人参考外径： D内径： Dobib1200242001408mm（24）1200242001008mm（25）9.2混凝土基础强度校核正常操作时：Q 0 0gM w0040.085 0.06（26）max bD ib )1408410080.785 ( D ob3214080.14 MP aRa4 MP aRa为查表所得标号为100 的混凝土许用应力水压试验时00g00Q max0 .3M w（ 27）0.785 D ob2D ib2D ob4D ib4b max32

19、 D ob4119989.810.312.2121060.785 1408210082140841008 43214080.160 .018 0 .18 MP aR a4 MP a因此混凝土基础满足强度的要求。9.3基础环厚度设计采用 n=20 个均布的地脚螺栓，将基础环固定在混凝土基础上，基础环上筋板（设厚度为22 mm ）则基础环上筋板间的距离为：D ob3.141408179 mm （ 28）L22n22基础环的外伸宽：D obD ib14081200 24b2100 mm （29）2两筋板间基础环不分长宽比：不得用于商业用途仅供个人参考b1000.56l179由查表得 MM x0.11

20、91.9 100 28507 Nmm / mm基础环也采用 A3 钢，其厚度为：6 M bC6850721 .09 mmb b2140取b22mm十、地脚螺栓强度设计塔设备作用在迎风侧基础上的最小应力由公式：M w0 0Q mingD ib2（30）D ob4Dib40.785 D ob2b32 D ob412.212106469214084100840.785 14082100823214080.060.0060.054 MPa由于 B0 为拉应力，设备可能翻到，必须安装地脚螺栓，若材料选用16Mn,取 bt147 MP a 并考虑腐蚀，取腐蚀裕度C33mm，则根据公式d140.785 Do

21、b D ibbC2ibnBt40.785 1480 21008 20.0543201477.2mm查表知可选M24的地脚螺栓。不得用于商业用途仅供个人参考连续精馏塔流程流程图连续精馏流程附图附表表 浮阀塔机械设计计算结果项目数值与说明备注塔径 D , m1.2m塔高 HT , m7.8m塔体厚度d , mm7mm20R封头厚度, mm7mm16MnR塔器的操作质量 m08223kg塔器的最大质量 mmax21788kg塔器的最小质量 mmin4692kg裙座底部截面的轴向应力 MPa23.34不得用于商业用途仅供个人参考焊缝承受的组合拉应力 MPa28.73基础环板内径 mm1408基础环板外径 mm1008基础环板厚度 mm22Q235 钢地脚螺栓 (个)2016MnR总结石油、化工等工业部门，经常应用精馏、吸收、萃取等过程，这些过程多数是在塔设备中进行的，因此，塔设备是这些工业中的常见设备。进行塔设备的机械设计，在保证满足工艺条件的前提下，应使设备具有足够的强度、刚度和稳定性，而且还要考虑易于制造，便于安装、使用和检修。这次机械设备课程设计，可以说是成功的，没有很大的错误。经过这次的课程设计，让我知道了，浮阀塔优点，从这次实验中，我更深入理解了浮阀塔。此次设计的心得有以下几点