催化裂化甲苯塔的结构设计及理论计算

催化裂化甲苯塔的结构设计及理论计算 III 摘 要 本文首先根据设计参数进行了甲苯塔主体的设计， 包括封头和筒体的壁厚计算。接着对甲苯塔受到的各种载荷进行了计算，包括：质量载荷、地震载荷、风载荷及自振周期，计算出甲苯塔受到的各项载荷后，对塔体进行了强度校核和开孔不强计算。 完成甲苯塔的整体设计及强度校核后， 对甲苯塔进行了结构设计和零部件计算，主要包括：裙座计算、格栅板的计算、保温支撑圈的计算。 关键词： 甲苯塔，强度，设计，经济分析 催化裂化甲苯塔的结构设计及理论计算 IV Abstract This passage mainly designed a packing tower .First ,the style of the packing tower was chosen ,under the requires ,then the material of the packing tower was chosen too ,when the style and the material of the packing tower were chosen ,its time to calculate the thick of the packing tower .Next ,the author calculated a kinds of loads of the packing tower, including : mass load ,earthquake load ,wind load , and their moments .When all the loads and moments were calculated , there was did strength proofread and water press experiment . When the whole design and strength proofread were completed, there was did structure design of the packing tower and parts calculate . Mainly including: packing tray skirt design of the packing tower, foundation plate design , foundation bolts calculate and perforation patch weld calculate . Keywords : packing tower , load , strength , design , calculate 催化裂化甲苯塔的结构设计及理论计算 V 目 录 目 录 .III 第一章 前 言 .1 1.1 设计目的 .1 1.2 设计任务 .1 1.3 研究背景 .2 1.4 研究意义 .2 1.5 研究步骤 .2 第二章 甲苯塔的设计及计算 .7 2.1 引言 .7 2.2 甲苯塔整体设计及计算： .7 2.3 塔体设计计算 .8 2.4 封头的选择 .9 2.5 裙座设计 .9 2.6 甲苯塔整体计算及校核 .10 2.7 自振周期 .13 2.8 地震载荷与地震弯矩 .13 2.9 应力计算 .17 2.10 组合应力校核 .18 2.11 甲苯塔零部件的设计及选用 .19 2.12 开口补强的校核 .22 2.12.3 c 孔 .28 2.12.4 人孔 .31 第三章 专题讨论 .35 3.1 甲苯塔控制概述 .35 3.2 甲苯塔经济分析 .35 催化裂化甲苯塔的结构设计及理论计算 VI 第四章 结论 .37 4.1 结论 .37 4.2 毕业设计小结 .37 参考文献 .39 催化裂化甲苯塔的结构设计及理论计算 1 第一章 前 言 1.1 设计目的 （ 1）培养学生把所相关课程的理论知识 ，在毕业设计中综合地加以运用，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。 （ 2）培养学生对化工工程设计的技能以及独立分析问题、解决问题的能力。树立正确的设计思想，掌握化工单元设备设计的基本方法和步骤，为今后创造性地设计化工设备及机械打下一定的基础。 （ 3）培养学生熟悉、查阅并综合运用各 种有关的设计手册、规范、标准、图册等设计技术资料；进一步培养学生识图、制图、运算、编写设计说明书等基本技能；完成作为工程技术人员在机械设计方面所必备的设计能力的基本训练。 1.2 设计任务 设计一座甲苯塔。 基本参数要求： 设计压力： 0.35 MPa； 设计温度： 185C； 基本风压： 450N/m； 腐蚀裕量： 3 mm； 焊缝系数： 0.85； 容积： 101.6 m； 地震烈度： 6 度； 射线检测： 20% ； 场地土类别： 类； 规范名称： GB150-1998 任务内容要求 ： 说明部分 编写开题报告一份；翻译外文一份；查阅外文资料，译文不少于 2 万字符。 编写设计论文一份，其中包括： （ 1） 设计目的及设计任务； （ 2） 论文综述：查阅中外文有关文献和专利 ,综述相关内容 ; 催化裂化甲苯塔的结构设计及理论计算 2 （ 3） 甲笨塔整体结构设计说明； （ 4） 甲苯塔整体和零部件结构设计与计算说明 ; （ 5） 甲苯塔工艺流程说明； （ 6） 概述对甲苯塔的控制； （ 7） 初估总体价钱 ,进行经济分析。 计算部分： （ 1）甲苯搭整体强度校核计算 （ 2）甲苯搭零部件计算：地脚螺栓，塔盘结构，法兰开孔与开孔补强等。 绘图部分： （ 1） 手工绘制甲苯塔结构图 1 张（ 0#） （ 2） 计算机绘制甲苯塔结构图 1 张（ 0#） . （ 3） 计算机绘制甲苯塔零部件图 2 张。 1.3 研究背景 芳烃是石油化工工业的重要基础原料， 在总数约八百万种的已知有机化合物中，芳烃化合物占了约 30%，其中 BTX 芳烃（苯、甲苯、二甲苯）被称为一级基本有机原料。 二战后， BTX 芳烃主要在石油化工工业中大量生产和应用。随着科学技术的飞速发展以及人们对生活和文化的需求日益提高，据统计和预测，从 1970 年到 2010 年世界范围内对芳烃主要产品（苯和二甲苯）的需求量增长速度大于全世界生产总之总值的提高速度。 1.4 研究意义 在毕业设计中，我们将大学四年的所有知识系统的概括起来，做到了进一步的深化，使将来我们在自己的工作岗位中对知识的理解加深，起到了承上启下的作用 1.5 研究步骤 烷基芳香烃分子中与苯环直接相连的烷基，在一定情况下可以被脱去，此类反应称为芳烃的脱烷基化。工业上主要应用于甲苯脱甲基制苯。 脱烷基反应的化学过程以甲苯加氢脱烷基制 催化裂化甲苯塔的结构设计及理论计算 3 主副反应和热力学分析 +H2+ CH4主要反应： + 3H2+ 6H2 6H4副反应： CH4C+2H2四个反应的常数和温度关系如表 3.1： 表 3-1 四个反应的常数和温度关系 logKp 反应 700K (427 ) 800K (527 ) 900K (627 ) 1000K (727 ) (4-8) 3.17 2.72 2.36 2.07 (4-9) -4.26 -6.32 -7.92 -9.19 (4-10) 25.02 21.65 18.96 16.70 (4-11) -0.95 -0.15 0.49 1.01 主反应在热力学上有利。温度不太高，氢分压较高时，可进行的比较完全，环烷烃加氢裂解成 甲苯为不可逆反应，较高反应温度，较低烃分压下可被抑制，温度过高，氢分压过低有利于甲烷生碳及芳烃脱氢缩合，副反应难以从热力学上 CH3催化裂化甲苯塔的结构设计及理论计算 4 加以抑制， 热力学分析结论， 从动力学上来控制副反应的反应速度， 尽量少发生。反应温度不宜太高也不宜太低，氢分压和氢气对甲苯的摩尔比也要适宜。 脱烷基化方法： （ 1） 烷基芳烃的催化脱烷基反应生 成苯和烯烃，是强吸热反应。烷基愈大愈容易脱去：叔丁基异丙基乙基甲基。不适用于甲苯脱甲基制苯。 （ 2） 烷基芳烃催化氧化脱烷基 以甲苯为例，选择性 70%氧化催化剂，如铀酸铋，氧化深度难控，选择性低，未工业化。 （ 3） 烷基芳烃的加氢脱烷基 在大量氢气的存在及加压下，使烷基芳 烃发生氢解反应脱去烷基生成母体芳烃和烷烃。工业上广泛用于甲苯脱甲基制苯。临氢条件下，有利于抑制焦炭生成，但存在深度加氢副反应 加氢脱烷基工艺方法：热法和催化法如下表 3.2： 表 3-2 热法和催化法 项目 催化法 热法 反应温度， 530650 600700 反应压力， MPa 2.947.85 964.90 苯收率， % 9698 9799 催化剂 要 不要 反应器运转周期 半年 一年 空速大小 较小（反应器较大） 较大（反应器较小） 原料要求 原料适应性差，非芳烃和C9含量不能太高 原料适应性较好，允许含非芳烃达 30% C9， 芳烃达15% 氢的要求 对 CO、 CO2、 H2S、 NH2等杂质含量有一定要求 杂质含量不限制 气态烃生成量 少 稍多 氢耗量 低 稍高 反应器材质要求 低 高 催化裂化甲苯塔的结构设计及理论计算 5 苯纯度 99 999.95% 99.99% 用于热法不需要催化剂，苯收率和高原料适应性较强等优点，所以采用加氢热脱烷基的装置日渐多。 （ 4） 在加氢脱烷基同样的反应条件下， 用水蒸气代替氢气进行的脱烷基 反应。 优点：廉价水蒸气，副产大量含氢气体 缺点：苯收率比加氢法低 9097% 而且催化剂成本高。 甲苯热脱烷基制苯 原料：甲苯、混合芳烃、裂解汽油 特点：在柱塞流式反应器的六个不同部位加入由分离塔闪蒸出来的氢，从而控制反应温度稳定，副反应较少，重芳烃的产率较低。 首先我想先根据设计参数进行了甲苯塔的选型、选材，然后计算塔体厚度，接着对甲苯塔受到的各种载荷进行了计算，包括：质量载荷、地震载荷、风载荷及自振周期，计算出甲苯塔受到的各项载荷后，对塔体进行了强度校核和水压实验。 完成甲苯塔的整体设计及强度校核后， 对甲苯塔进行了结构设计和零部件计算，主要包括：甲苯塔塔盘的结构设计及挠度计算、基础环设计、地脚螺栓计算和开孔补强计算。 最后，制定任务计划书，坚持每天写工作日志，把这个过程中所学到的东西记下来，方便以后学习。 在学习中，我必定会遇到许多不会的东西，所以我要经常向老师请教，积极配合老师的指导，不懂就问，尽量不让所研究的对象出现不清楚的地方。 具体步骤如下： 1.5.1 查阅中外文有关文献和专利，收集资料； 1.5.2 甲苯塔的强度、刚度和稳定性计算： （ 1） 按设计压力计算塔体和封头壁厚； （ 2） 计算开孔补强； （ 3） 塔设备质量载荷计算； （ 4） 风载荷和风弯矩计算； （ 5） 地