甲醇精馏塔设计说明书

南华大学机械工程学院毕业设计甲醇（Methanol，Methyl alcohol）又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇。化学分子式为CH3OH，结构式如下： H | HCOH | H分子结构：C原子以sp3杂化轨道成键，0原子以sp3杂化轨道成键。分子为极性分子。甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发的有毒液体，略有酒精气味。分子量32.04，相对密度0.792(20/4)，熔点-97.8，沸点64.5，闪点12.22，自燃点463.89，蒸气密度 1.11，蒸气13.33KPa(100mmHg 21.2)，蒸气与空气混合物爆炸下限 636.5 % ，能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶，遇热、明火或氧化剂易燃烧。甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。甲醇的生产，主要是合成法，尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成甲醇可以固体（如煤、焦炭）液体（如原油、重油、轻油）或气体（如天然气及其他可燃性气体）为原料，经造气净化（脱硫）变换，除去二氧化碳，配制成一定的合成气（一氧化碳和氢）。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件。单产甲醇（分高压法低压和中压法），或与合成氨联产甲醇（联醇法）。将合成后的粗甲醇，经预精馏脱除甲醚，精馏而得成品甲醇。高压法为BASF最先实现工业合成的方法，但因其能耗大，加工复杂，材质要求苛刻，产品中副产物多，今后将由ICI低压和中压法及Lurgi低压和中压法取代。甲醇被大众所熟知，是因为其毒性。工业酒精中大约含有4%的甲醇，被不法分子当作食用酒精制作假酒，而被人饮用后，就会产生甲醇中毒。甲醇的致命剂量大约是70毫升。甲醇的中毒机理是，甲醇经人体代谢产生甲醛和甲酸（俗称蚁酸），然后对人体产生伤害。常见的症状是，先是产生喝醉的感觉，数小时后头痛，恶心，呕吐，以及视线模糊。严重者会失明，乃至丧命。失明的原因是，甲醇的代谢产物甲酸会累积在眼睛部位，破坏视觉神经细胞。脑神经也会受到破坏，产生永久性损害。甲酸进入血液后，会使组织酸性越来越强，损害肾脏导致肾衰竭。甲醇中毒，通常可以用乙醇解毒法。其原理是，甲醇本身无毒，而代谢产物有毒，因此可以通过抑制代谢的方法来解毒。甲醇和乙醇在人体的代谢都是同一种酶，而这种酶和乙醇更具亲和力。因此，甲醇中毒者，可以通过饮用烈性酒（酒精度通常在60度以上）的方式来缓解甲醇代谢，进而使之排出体外。而甲醇已经代谢产生的甲酸，可以通过服用小苏打（碳酸氢钠）的方式来中和。近年国内甲醇进口量及价格 国内每年进口大量甲醇来满足市场需求，市场价格趋向国际市场化。近年来，国内甲醛、醋酸的消费市场增加，甲醇需求量相对应增加，部份甲醇厂又因为种种原因停产或减产，因此不能满足国内市场的需求。 市场分析预测2005年的甲醇需求将会大大增加 在目前的条件下要求一段确定的时间，以便从2004年中期新增生产能力中获利。这段时间还可能拖延到2005年中期。明年估计将有更多的新建产能投入使用。2004年甲醇的总需求与2003年一样，据预测2005年的甲醇需求将会大大增加，其原因是由于与甲基叔丁基醚无关的部门活跃起来。作出改变预测的依据是计划中有多少新增产能在考察期中实际投入使用，这些新增产能对市场的产品价格有哪些影响。 2004后5年中投产的甲醇产能将超过1800万吨，这些新增产能主要分布于南美、近东和澳大利亚、这些地区将变成主要的工业甲醇生产和供应中心，同时甲醇的需求增长为每年500万吨。除新增甲醇产能外，现有的大规模的甲醇产能分布在北美和欧洲。但是如果新增产能出现以外停产的话，现有的甲醇产能远远不能满足市场需求。所以现有的位于中欧、独联体、印度、东南亚和东北亚地区甲醇生产厂家的负担很重。1 已知设计参数操作压力： 常压操作温度： 120入塔物料： 甲醇塔高： 14.96米塔径： 0.8米环境： 衡阳室外2 设计方案的确定本设计任务为分离甲醇水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。甲醇常压下的沸点为64.8，而本任务要求采用常压操作，符合题意。用30的循环水进行冷凝。塔顶上升蒸汽采用全凝器进行冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储槽。因所分离物系的重组分为水，故直接采用直接蒸汽加热方式，釜残液直接排放。3 塔设备的选型3.1 塔型由于入塔物料为甲醇水混合物，腐蚀性较弱，根据操作条件以及塔的塔径为D=800mm，对比填料塔和板式塔的优缺点，近年来，随着高效新型填料和其他高性能塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及传质激励的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展，目前，国内外已开始利用大型高效填料塔改造板式塔，并在增加产量、提高产品质量、节能等方面取得了巨大的成效。所以在塔设备的选择上选择填料塔。3.2 填料的选择由于本塔设计为甲醇填料精馏塔，介质为甲醇，综合其腐蚀性、成膜性、塔体的直径、传质效率及其他性质，以及考虑到塔体的投资。最后选择颗粒型填料中的不锈钢矩鞍环填料中的38#填料。而由表5-20 不锈钢矩鞍环的特性数据得，所选填料的尺寸为3816.50.4，堆积个数n=38160个/m3，堆积密度为181kg/m3，比表面积为123，空隙率为0.977，干填料因子为132。3.3 填料层高度的计算及分段3.3.1等板高度的计算填料层的等板高度与许多因素有关，包括流体力学因素，物理因素，热力学因素，传递因素和操作因素等。至今尚未有很完善的计算公式，计算中应采用直接测定的数据或主要性质相近的物系数据。近年来研究者通过大量数据回归得到了常压蒸馏时的HETP关联式如下：lnHETP=h-1.292lnL+1.47lnL式中 HETP等板高度，mm；L液体表面张力，N/m； L液体粘度，Pa/s； h常数。在化工原理附录2 水的物理性质中查得，水在120时：L=548.4N/m L=237.4 Pa/s查表5-15 HETP关联式中的常数值得：h=7.0382.所以结合上式可得HETP值为1022.7mm。，而本设计的塔高为14.96m，减去部分高度得填料层的大约高度为8000mm。3.3.2填料层的分段对于散装填料，根据表5-16 散包装填料分段高度 得矩鞍环填料塔中h/D为815，hmax6m。所以精馏段分为三段，每段为2150mm；提馏段只有一段为2500mm。4 填料塔内件的结构设计4.1 填料支承装置填料填料支承装置对保证填料塔的操作性能具有重大作用。其作用是防止填料穿过支承装置而落下；支承操作时填料层的重量；保证足够的开孔率，使企业两相能自由通过。因此对填料支承装置的基本要求是：有足够的强度以支承填料的重量；提供足够大的自由截面，尽量减小气液两相的流动阻力；有利于液体的再分布；耐腐蚀性能好；便于用各种材料制造；以及安装拆卸方便等。根据本设计要求，以及给定的塔径和选择的填料，本设计选用分块式波纹板网支承板。塔径D4001200mm的最小填料为15mm。它是用金属板网按规定尺寸压制成波纹状，然后放入扁钢圈内焊接固定而成。有表5-48 分块式气体喷射式支承板的设计参考数据的塔径为800mm的支承板外径为785mm，并分为2块，近似重量为110N。图4.1波纹板网支承板4.2 液体分布装置为了使液体初始分布均匀，原则上应增加单位面积上的喷淋点数。但是，由于结构的限制，不能将喷淋点数设计得很多，同时，如果喷淋点数过多，势必每一股液流的流量过小，亦难以保证均匀分配。此外，不同填料对于液体均匀分布的要求也有差别：如高效填料，因流体不均匀分布对效率的影响十分敏感，故应有较为严格的均布要求。根据Eckert建议，常用填料的喷淋点数可参考以下指标确定。D750mm，每60cm2塔截面设一个喷淋点。（书上表示D750时，使用，但是我们设计的塔为800）由于本设计的塔径D=800mm，所以每60cm2塔截面设一个喷淋点。而塔截面为：A=D24=5024cm所以喷淋点数为502460=83.7384个为了满足塔径、液流量以及均布程度的要求，本设计选取筛孔盘式分布器。板上的筛孔按正三角形排列，孔径为310mm。根据气体负荷大小，在分布器上安装升气管，升气管的直径大于15mm。液体由位于分布盘上方的中心管注入盘内，管口高于围环上缘50200mm，本设计取150mm。塔的内径与分布器定位块外廊的间隙为812mm。分布盘直径为Dt=（0.850.88）D。由于塔径为800mm600mm，所以分布盘设计成分块结构，本设计为2块。 66666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666根据表5-41 筛孔盘式分布器的设计参数中可知，本设计的筛孔盘式分布器的参数为：分布盘直径为700mm，围环高度为175mm，液体负荷的适用范围为0.7035.0m3/h。4.3 液体再分布装置实践表明，当喷淋液体沿填料层向下流动时，不能保持喷淋装置所提供的原始均匀分布状态，液体有向塔壁流动的趋势。因而导致壁流增加、填料主体的流量减小，影响了流体沿塔横截面分布的均匀性，降低传质效率，严重时使塔中心的填料不能被液体湿润而形成“干堆”。为了提高他的传质效果，填料层必须分段，在各段填料之间安装液体再分布装置，其作用是收集上一填料层来的液体，为下一填料层建立均匀的液体分布，并将上升的气体均匀分布到上层填料以消除各自的径向浓度差。根据本设计要求，本设计采用多孔盘式再分布器。分布盘上的孔数按喷淋点数确定，孔径为310mm。升气管的尺寸应尽可能的大，其底部铺设金属网，以防填料吹进升气管中。根据表5-56 多孔盘式再分布器的设计参考数据得，塔径为800mm的塔所采用分布盘外径D1=785mm，升气管数为6。图4.2液体分布器4.4 填料的压紧与限位装置4.4.1填料压板在满足压板所需重量的条件下，应尽量扩大压板的自由截面，其下限值为70%。根据本设计要求，前面选用金属填料故这里选取固定式栅条压板。栅条压板与支承栅板结构相同，为了防止填料通过，栅条缝隙一般小于填料直径的0.60.8。4.4.2床层限制板床层限制板与压板结构类似，床层限制板必须固定于塔壁。当塔径D1200mm时，床层限制板的外径比塔的内径小1015mm。由于本设计塔径为800mm，所以床层限制板的外径取790mm。5 辅助装置及附件5.1 除沫器根据本设计的基本要求与操作情况，以及塔径的限制和经济效益，本设计选择上装式丝网除沫器。由表8-6 上装式丝网除沫器基本参数得丝网除沫器的主要外形尺寸：H=100mm，H1=218mm，D=720mm，质量为27.2kg。5.2 裙座5.2.1裙座的选材 裙座不直接与塔内截止接触，也不承受塔内介质的压力，因此不受压力容器用材的限制。可选用较经济的普通碳素结构钢。考虑到裙座要满足载荷要求以及塔的操作情况、塔釜封头的材料等因素，还有本塔是在室外操作的塔，还要考虑环境温度，选择Q235-B。5.2.2裙座的结构由于本塔的设计参数为：D=800mm，H=14.96m。所以H/D=14960800=18.725且塔径小于一米，所以可选择圆筒形裙座。5.2.3裙座与塔体的连接考虑到本设计的要求与不同连接方法的利与弊，本设计采用裙座与塔体对接的连接方式。则裙座筒体外径与封头外径相等，D2=800+12=812mm，裙座筒体与塔釜封头的连接焊缝采用全焊透的连续焊。因椭圆封头的壁厚为6mm，所以查表8-9 裙座筒体上端面至塔釜封头切线距离h为35mm。5.3 地脚螺栓座本设计采用外螺栓座型式，外螺栓座结构尺寸根据表8-11 外螺栓座结构尺寸选取的M24选取。如图6-1。图5.1地脚螺栓座5.4 梯子对于有检修要求的裙座及塔釜内部要设置梯子。5.5 检查孔裙座上必须开设检查孔，以方便检修。检查孔有圆形和长圆形两种，本设计采用圆形检查孔。根据表8-15 圆形检查孔结构尺寸和数量 裙座直径属于800900mm之间，所以开设一个圆形检查孔，直径为450mm，为200mm，中心高为 900mm。图5.2检查孔5.6 排气管为了减小复试以及塔运行中有可能有气体逸出，就会积聚在裙座与塔体封头之间的死区中，或者是可燃的，或者是对设备有腐蚀作用，并会危及进入裙座的检修人员。因此必须在裙座上部设置排气管或排气孔。因为本设计裙座不设保温或防火层，则其上部要均匀开设排气孔，其尺寸由表8-17 排气孔与排气管数量及规格 查出。因为本设计塔径属于6001200之间，所以排气孔直径为80mm，排气孔数量为2个，一个为有保温时的排气孔，一个为无保温时排气孔排气。孔中心距离座顶端距离为140mm。5.7 引出管通道塔釜封头上的接管一般需要通过裙座上的通道管引到裙座的外部。引出管上应焊接支承板，支承板与通道管之间应预留间隙以考虑热胀冷缩的需要。最小间隙C由表8-20 间隙C 查得。5.8 地脚螺栓考虑到本设计，先用16Mn材料作为地脚螺栓的材料，并由表8-24 裙座的地脚螺栓数 得，裙座底部直径为800mm的裙座最少需地脚螺栓数4个，最多为8个，本设计取个8个。5.9 模板、样板和锚板为了准确地预埋地脚螺栓，并使塔安装时容易对中。推荐采用模版和锚板进行地脚螺栓定位，模版位于基础的上面，锚板位于基础中。5.10 塔釜隔板精馏塔采用热虹式再沸器，它依靠液体再沸器内部分气化后形成的、密度小于塔釜热液的气-液混合物，利用天河一密度差产生静压差，使液体自动的从塔底流入再沸器，加热后变成气-液混合物，然后返回塔釜。为了使这种再沸器能稳定工作，必须是塔釜内液层高度维持恒定，因此宜在塔釜内设置垂直隔板。本设计选用部分循环式塔釜隔板。5.11 接管5.11.1液体进料管回流或液体时，要求均匀流过塔盘，回流管或液体进料管的结构型式有直管型、两端开口T型、两端封死T型。本设计采用直管型。5.112釜液出口由于本设计中的介质是清洁的，且为填料塔，为防止填料塔底的出料口被碎填料堵塞，应设置防碎填料挡板。釜液出口的结构尺寸由表8-30 清洁介质的防涡流板机构尺寸 得5.11.3液面计接口为了见识、调整釜内液量，塔釜上一定要设置一对液面计接口，上方接管口设置在封头上。5.12 人孔和手孔由于本设计的塔径为800mm的填料塔，所以人孔开在填料层的上方，同时兼作填料装卸孔使用。人孔直径为400mm。5.13 吊柱对于较高的室外无框架的整体塔，在塔顶设置吊柱，对补充和更换填料，安装和拆卸内件，是既方便又经济的一项设施。一般高度在15m以上的塔，应设置吊柱。而本设计中塔高为14.96m，故设置吊柱。吊住的方位应使吊柱中心线与人孔中心线间又合适的夹角，使人能站在平台上操纵手柄，使吊柱的垂直线可以转到人孔附近，以便从人孔装入或取出塔内件。本设计选择吊柱类型（二）。则根据表8-32 吊柱的主要结构参数 得：S=800mm，L=315mm，H=900mm，=16810，R=750mm，e=250mm，l1=110mm。6 塔设备的强度设计和稳定校核6.1 筒体和封头尺寸计算6.1.1根据设计压力和液柱静压力确定计算压力塔内液柱高度仅考虑塔底至液封盘液面高度h=2.34m液柱静压力=，可忽略。计算压力6.1.2筒体厚度的计算低压容器的圆筒厚度计算式为：查过程设备设计第二版表D1钢板许用应力在设计温度为120时，0Cr18Ni9的许用应力为=114，查过程设备设计第二版表4-3 钢制压力容器的焊接接头系数值，在制造中采用双面焊对接接头和相当于双面焊的全熔透对接接头，故焊接接头系数值取0.85。将、 值代入上式得mm根据GB150中的规定：壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的厚度：a) 对碳素钢、低合金钢制容器，不小于3mmb) 对高合金钢制容器，不小于2mm所以本设计取=3mm圆筒设计厚度式中 为腐蚀裕量，在无特殊腐蚀情况下，对于碳素钢和低合金钢，不小于1mm，故=2mm。为钢材负偏差，可取=1mm，故=2+1=3mm圆筒设计厚d=+C2=3+2=5mm圆整并根据化工设备机械基础课程设计指导书附表4-1取圆筒名义厚度为=6mm,则圆筒有效厚度=-=。6.1.3封头的壁厚计算本设计采用标准椭圆形封头封头厚度计算公式为：根据GB150中的规定：壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的厚度：a) 对碳素钢、低合金钢制容器，不小于3mmb) 对高合金钢制容器，不小于2mm所以本设计取=3mm封头设计厚度=+2=3+mm封头名义厚度与圆筒一样，取为6mm封头有效厚度=-=6.2 载荷分析6.2.1塔设备质量载荷计算塔设备的操作质量:塔设备的最大质量:塔设备的最小质量:其中 m(kg) 筒体质量 塔段内件质量 保温层质量（）平台、扶梯质量（）操作时塔内物料质量 人孔、接管、法兰等附件质量， 6.2.2筒体质量m1已知塔体总高度为14.96m，而封头为厚度为6mm，内径为800mm的标准椭圆形封头，所以D=2h，h=400mm。D=4h, h=200mm所以圆筒总高为 H=H-2h-2=14960-400-12=14548mm 查化工设备机械基础课程设计指导书附表4-1得一米高筒节理论质量为119筒体质量m1=14.548119=1731.26.2.3封头质量查化工设备机械基础课程设计指导书附表4-3得公称直径为800mm厚度为6mm的椭圆封头的质量为35.14，查化工设备机械基础课程设计指导书附表4-2 以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸 得曲边高度为2000mm封头质量=235.14=70.28。6.2.4裙座质量取裙座高度为3060mm，裙座材料选Q235-B，一米高裙座理论质量为199裙座质量=1993.06=608.94所以塔体总质量=筒体质量+封头质量+裙座质量 即=+=1731.2+70.28+608.94=2410.46.2.5塔段内件质量本设计中的塔内件中包括了液体分布器和再分布装置、填料、填料支承装置、除沫器、填料压板以及床层限制板，所以塔段内件的质量应为以上几项的和。填料的质量：由于查表得填料的单位质量为180kg/m3，所以全部填料的总质量为：4D2L180=3.1440.828180=723.456kg液体分布器的质量：454.2=216.8kg填料支承装置的质量：48.28=33.12kg除沫器质量：根据以上的选择为27.1kg。填料压板质量：48.32=33.28kg所以总质量m02=723.456+216.8+33.12+33.28+27.1=1033.756kg6.2.6保温层质量取保温层厚度为=100mm查化工设备机械基础课程设计指导书表5-4 塔设备部分零件质量载荷估算表得 保温层质量载荷为300，查化工设备机械基础课程设计指导书附表4-2 以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸 得封头的容积为0.0871,以保温层外径为内径的椭圆型封头的容积为0.1623。所以=式中 为封头保温层质量6.2.7平台、扶梯质量（）查化工设备机械基础课程设计指导书表5-4 塔设备部分零件质量载荷估算表得 平台质量，式扶梯质量塔设备总高=已知高度-单个封头高度+裙座高度=14960-400+3060=17620mm=18m塔设备总高取为18m, 笼式扶梯总高取为HF18m，平台数量n取4则m04=4Di+2n+2+2B)2-Di+2n+2)20.5nqPqFHF=1627.7666.2.8操作时塔内物料质量（）查化工设备机械基础课程设计指导书附表4-2 得 封头容积=0.0871m3则=1261.0916.2.9人孔、接管、法兰等附件质量，按经验取附件质量为=0.25=0.252350.932=587.7336.2.10充液质量=7231.9156.2.11塔设备的操作质量=2410.4+1033.756+1252.529+1627.766+1261.091+587.733+0=8173.7896.2.12塔设备的最大质量=2410.4+1033.756+1252.529+1627.766+7231.915+587.733=14144.0096.2.13塔设备的最小质量=2410.4+0.21033.756+1252.529+1627.766+587.733=6085.7116.3 自振周期的计算分析塔设备的振动时，一般情况下不考虑平台及外部接管的限制作用以及地基变形的影响，而将塔设备看成是顶端自由，底部刚性固定，质量沿高度连续分布的悬臂梁，其基本震型的自振周期按过程设备设计第二版 （7-5）式第一振型计算式：其中为塔单位高度上的质量即所以=6.4 地震载荷与地震弯矩的计算当发生地震时，塔设备作为悬臂梁，在地震载荷作用下产生弯曲变形。安装在七度或七度以上地震烈度地区的塔设备必须考虑它的抗震能力，计算出它的地震载荷。首先，选取计算截面（包括危险截面）。该课题中将全塔分为4段。其计算截面分别为0-0、1-1、2-2、3-3，其中0-0、1-1、2-2为危险截面。由过程设备设计第二版表7-9取第二组类场地土的特性周期为=0.30由过程设备设计第二版表7-10取设防烈度为7时地震影响系数最大值为=0.08。地震影响系数根据场地土的特性周期及塔的自振周期由分析设计方法确定 且不得小于=0.080.2=0.016即=0.0429设等直径、等壁厚塔设备的任意截面距地面的高度为，基本振型在截面处产生的地震弯矩为式中为塔单位高度上的质量即当塔设备H/D15或H20m时，还需考虑高振型的影响，这时应根据第一、二、三振型，分别计算其水平地震力及地震弯矩。然后根据振型组合的方法确定作用于质点处的最大地震力及地震弯矩。这样的计算方法很复杂，所以在进行稳定和其他验算时，可按一种简化的由第一振型的计算结果估算地震弯矩的近似算法即计算由此可得底截面处地震弯矩=1.250.50.048113.8079.8118000=1.64107Nmm截面1-1处地震弯矩 1.51截面2-2处地震弯矩 6.5 风载荷与风弯矩的计算各计算段的外径均为=800+26=812mm塔顶管线外径：塔顶管线是气体的出口，已知设计压力： 0.1MPa设计温度： 120常温常压下气体密度：2.81kg/m3气体流量：0.772 m3/s由气体状态方程可计算出设计温度和设计压力下的气体流量 即：求得=0.086 m3/s操作气速为=1.1m/s则，塔顶管线外径=315.18mm,圆整后取=350mm第段保温层厚度已知为100取管线保温层厚度=100mm笼式扶梯当量宽度=400取各段平台构件的投影面积 为，操作平台当量宽度塔设备迎风面的有效直径是该段所有受风构件迎风面的宽度总和。当笼式扶梯与塔顶管线布置成180时当笼式扶梯与塔顶管线布置成90时,取下列两式中的较大值风压高度变化系数可根据各计算段顶截面距地面高度查过程设备设计第二版表7-5。体型系数 风压在不同体型的结构表面分布亦不相同，对细长的圆柱形塔体结构，体型系数=0.7.风振系数 风振系数是考虑风载荷的脉动性质和塔体的动力特性的折算系数。对塔高的塔设备，取1.70。而对于塔高时，则按下式计算在此设计中，塔高=，故风振系数=1.70已求出塔设备自振周期，查化工设备机械基础表17-2，近似取衡阳地区基本风压值为350=350=125.58假设土地粗糙度类别为B类，则由值查过程设备设计第二版表7-6得脉动增大系数=1.94，查表7-7得，脉动影响系数分别为=0.72，=0.72，=0.72，=0.79第段振型系数可根据/查7-8得到各计算段的水平风力将以上讨论数据整理如表4-1表4-1风载荷与风弯矩的计算计算内容数据012233顶各计算段的外径()812塔顶管线外径()350第段保温层厚度()100管线保温层厚度()100笼式扶梯当量宽度400各计算段长度()1000200070008000操作平台所在计算段长度()1000200070008000平台数0011操作平台当量宽度00257.1225各计算段的有效直径()14121412166916371562156218191787各计算段顶截面距地面高度()131018风压高度变化系数1.001.001.001.25体型系数0.7风振系数1.70塔设备自振周期()0.599350125.58脉动增大系数1.94脉动影响系数0.720.720.720.790.0530.1580.5261第段振型系数0.020.050.381.00各计算段的水平风力5881176.248666818塔设备任意截面处的风弯矩按下式计算：塔设备底截面的风弯矩为 代入数值得=588+1176.2（）+4866（）+6818（）=1-1截面的风弯矩为 代入数值的得=1176.2（）+4866（）+6818（）=2-2截面的风弯矩为 带入数值得=4866（）+6818（）=6.6 偏心弯矩该塔设备中无再沸器，故偏心弯矩为0。6.7 最大弯矩最大弯矩取和两者中的较大值计算数据如表2表4-2最大弯矩选择计算内容计算公式及数据00截面11截面22截面0.490.440.36最大弯矩 1.176.8 强度校核6.8.1圆筒轴向力校核和圆筒稳定校核由设计压力引起的轴向应力=3.3此应力只存在于筒体，裙座上由设计压力引起的轴向力为0操作质量引起的轴向应力=5.28最大弯矩引起的轴向应力，由此式可计算出：0-0截面上最大弯矩引起的轴向应力43.131-1截面上最大弯矩引起的轴向应力38.812-2截面上最大弯矩引起的轴向应力30.52查过程设备设计第二版附表D1的设计温度下0Cr18Ni9的许用应力为114，Q235的许用应力为113载荷组合系数等于1.2系数=0.00141根据A值查过程设备设计第二版图4-7得0Cr18Ni9在设计温度下的系数B=118，Q235在设计温度下的系数B=93，许用轴向压应力取KB和K中较小值对内压容器圆筒最大组合压应力，最大组合拉应力K就满足要求数据整理如表3表4-3圆筒组合应力计算及校核计算内容计算数据001122KB 111.6111.6141.6K 135.6135.6204 135.6135.6204圆筒最大组合压应力（）32.5429.8324.73满足要求圆筒最大组合拉应力（）23.5220.8115.71K满足要求6.8.2塔设备压力试验时的应力校核进行压力试验时，试验压力=1.250.1=1.375查过程设备设计第二版附表D1得 筒体常温屈服点=1372-2截面=0.91.2137=147.962-2截面=1.2118=141.6筒体的许用轴向压应力取及中较小值即=141.6由试验压力引起的周向应力当试验介质为水时，=0.001，单位转换成的液柱静压力为，式中为1800，所以=0.194=105.38（满足要求）试验压力引起的轴向应力=45.83重力引起的轴向应力=9.17弯矩引起的轴向应力=9.16压力试验时最大组合压应力=9.17+9.16=18.33=141.6压力试验时最大组合拉应力=45.83-9.17+9.16=45.82=141.66.8.3裙座轴向应力校核塔设备常采用裙座支承。被设计中选择圆筒形裙座，圆筒形裙座轴向应力校核首先选取裙座危险截面。危险截面的位置，一般取裙座底截面（0-0）或裙座检查孔（人孔）和较大管线引出孔（）界面处。然后按裙座有效厚度验算危险截面的应力。（0-0）截面处（0-0）截面积=8006=15072（0-0）截面系数=3.014由前面计算知，=111.6，=135.6裙座许用轴向应力取以上两者中较小值为111.6（1） 座体操作时底截面的最大组合轴向压应力应满足如下条件：裙座许用应力，其中仅在最大玩具为地震弯矩参与组合时计入此项。故，在此，=48.4111.6，满足要求检查孔加强管长度取为120，检查孔加强管水平方向的最大宽度取为450检查孔加强管厚度取与筒体壁厚一致为6=21206=14401-1截面处裙座筒体截面积=12740=4.761-1截面处裙座筒体截面系数=1-1截面组合应力操作时底1-1截面的最大组合轴向压应力应满足如下条件裙座许用应力，其中仅在最大玩具为地震弯矩参与组合时计入此项。故，在此，=-71.25111.6，满足要求水压试验时，最大组合轴向压应力应满足如下条件：裙座许用应力=30.35111.6，满足要求6.8.4基础环和地脚螺栓设计及校核群座内径=800裙座外径=800+26=812基础环内外径计算公式分别为=800+300=1100=800-200=600基础环伸出宽度=144地脚螺栓承受的最大拉应力取=和=中的较大值。其中仅在最大玩具为地震弯矩参与组合时计入此项。其中基础环截面系数=基础环面积=1.17=0.29故基础环地脚螺栓承受的最大拉应力=1.170，塔设备必须设计地脚螺栓。先将地脚螺栓个数取为16（4的倍数）材料选择Q235。对于Q235，取许用应力=147地脚螺栓腐蚀裕量取为3则地脚螺栓螺纹小径=+3=23.56故取地脚螺栓满足要求基础环伸出部分平均周长为=30018416个地脚螺栓均布排列，每一个地脚螺栓两侧，基础环与盖板之间要设置筋板，相邻两筋板最大外侧间距取为120基础环材料许用应力：对于低碳钢材料取为140。水压试验时的压应力=1.2操作时压应力=0.53混凝土基础上的最大压力取以上两者中的最大值，即：=1.2=1.2，故对轴的弯矩=负号表示方向对轴的弯矩=计算力矩取以上两者中大值 即：=2047故，有筋板时基础环厚度无论有筋板或无筋板侧基础环厚度都不得小于，故 此设计中取基础环厚度6.8.5筋板设计及校核筋板的许用应力按如下公式计算当时，当时筋板细长比，且不大于250式中为惯性半径，对长方形截面的筋板取， 筋板长度=205，故筋板细长比=16.38临界细长比，式中为筋板材料的许用应力，对低碳钢材料取140E为近半材料弹性模量，E=2.1所以=15.7， 故=35.63筋板的压应力可按下式计算 ，式中为一个地脚螺栓承受的最大拉力，可用式计算，=为对应一个地脚螺栓的筋板个数，取=2故选支座号为3的型筋板，筋板宽度=125，筋板厚度为=8，筋板长度=205故=筋板的压应力筋板的许用应力，满足要求。6.8.6盖板设计及校核环形盖板的最大应力按下式计算无垫板时有垫板时式中-垫板上地脚螺栓孔直径，；=27盖板上地脚螺栓直径，；=40筋板宽度，；=125筋板内侧间距，；=120垫板宽度，；=50盖板厚度，；=16垫板厚度，。=12一般环形盖板厚度不小于基础环厚度。无垫板时=20.2有垫板时=17.5盖板最大应力应等于或小于盖板材料的许用应力，即。对低碳钢盖板的许用应力=140，由计算结果可知=140，满足要求。6.8.7裙座与塔壳的对接焊缝截面2-2即裙座与塔壳对接焊缝截面，此处的剪应力按下式校核：其中仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合式计入此项。式中-裙座顶截面内直径，=800-设计温度下焊接接头的许用应力，取两侧母材许用应力的小值，即=113=25.24=0.61.2113=81.36，满足要求。6.8.8接管计算由前面计算已知，塔顶管线外径为350，即进气口与排气口的公称直径为350，查化工设备机械基础课程设计指导书附表4-13，选择对应补强圈尺寸为外径为620，内径按补强圈坡口类型确定。厚度取8进液口公称直径=式中为液体流速，参照化工原理取低粘度流体在管道中的流速，=3故 =1000=27.1，故取进液管直径=50，考虑液体流下时速度会增加，取出料口直径各接管选取如表4表4符号公称直径连接面形式用途符号公称直径连接面形式用途450人孔100突面回流口32突面温度计25突面取样口350突面进气口15突面液面计50突面加料口80突面出料口25突面压力计400突面人孔350突面排气口参考文献1路秀林，王者相. 化工设备设计全书-塔设备【M】.北京：化学工业出版社，2003.2汪镇安，化工工艺设计手册【M】.北京：化学工业出版社，20033贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计【M】.天津：天津大学出版社.4顾芳珍，陈国桓. 化工设备设计基础【M】.天津：天津大学出版社.5郑津洋, 董其伍, 桑芝富.过程设备设计【M】.北京：化学工业出版社，2005.6祈存谦，丁楠，吕树申.化工原理【M】.北京：化学工业出版社，20067魏文德有机化工原料大全第二版北京：化学工业出版社，1999。8048228谢克昌，李忠甲醇及其衍生物北京：化学工业出版社，20029吉林化学工业公司化肥厂二氧化碳参加合成甲醇反应试验石油化工设计1977(2)：9。1610化学工业出版社化工生产流程图解北京：化学工业出版社，1990，323711王树楹现代填料技术指南北京：中国石化出版社，1998，8412Henry ZKistarDistillation OperationNew York：McGrawHillInc谢 辞转眼间已经在美丽的南华大学度过了四个年头，这四年是我人生中很重要的四年，我不仅能够接触到传道授业解惑的良师，还能认识许在多方面比我优秀的同学、朋友。他们不仅能够授我知识、学问，而且从更多方面指导我的人生，使我更加完善自己。这里留下了我求学的足迹，这里见证了我成长的点滴。在毕业设计完成之际，我衷心的感谢曾经给我帮助、支持、鼓励的所有老师、同学、朋友和父母。本次设计是在段小林老师的悉心教导下完成的。段老师平日里工作繁忙，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查等整个过程中都给予了我悉心的指导。除了敬佩老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感谢和我一起作毕业设计的其他同学，他们在设计中勤奋工作，克服了许多困难来完成此次毕业设计，并承担了大部分的工作量。如果没有他们的努力工作，此次设计的完成将变得非常困难。然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我打下扎实的专业知识基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了他们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。附 录1英文原文Methanol distillation trays with high efficiency and process improvements in lineAbstract Brief description of the methanol distillation tower internals rehabilitation programs: micro-hole width efficient composite plate, more suitable than the regular packing, superior; analysis of three towers of methanol distillation tower process than the advantages of technology and economic benefits.Keywords Tray efficiency Process Route Improve For many chemical elements, the energy consumption of the technology is always an important factor in economic indicators. Save energy, reduce consumption and speed up the pace of technological transformation, the implementation of product structure adjustment, the survival of every business dispute, and development of important measures. Now after my factory technical transformation described by methanol distillation trays and improved high technology route to reducing energy consumption play an important role. Practice shows, for the methanol distillation separation, not just rely on highly efficient distillation column internals used in order to achieve significant reduction in energy consumption of alcohol distillation, and methanol distillation process improvements can be made to the system consumption decreased significantly.1 A methanol distillation tower process Currently, most of the twin towers of methanol distillation separation processes are used. My factory has a set of 3 104t / a methanol tower distillation unit, in December 2002 to be expanded to 8 104t / a methanol tower distillation unit, the process shown in Figure 1.This process constituted by the two distillation columns: pre-tower and the main tower. Come from the methanol synthesis section in the crude methanol containing 86% methanol, the first into the pre-tower, is actually a pre-column extractive distillation column, in the top of the tower by adding the equivalent of 20% crude methanol feed. 30% of the water, water as extractant the crude methanol into dimethyl ether and other compound contained in the separate light components, thus pre-column based produ