万吨丙烯精馏浮阀塔——毕业设计.docVIP

沈阳化工学院毕业设计说明书 题目：4.1万吨丙烯精馏浮阀塔 沈 阳 化 工 学 院本 科 毕 业 设 计题 目：年产4.1万吨丙烯精馏浮阀塔设计 院 系：机械工程学院专 业：过程装备与控制工程班 级：学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 2010年 月 日论文答辩日期： 2010年 月 日 毕业设计(论文)任务书机械工程学院(系) 过程装备与控制工程专业 班 学生毕业设计(论文)题目: 年产4.1万吨丙烯精馏浮阀塔设计毕业设计 (论文)内容: 设计计算说明书；绘制图纸折合A0号图4张；英文翻译；设计(论文)专题部分: 吊柱设计 指导教师: 签字 年 月 日 教研室主任: 签字 年 月 日 院长(系主任): 签字 年 月 日摘 要本设计为精馏筛板塔。在塔内反应物以气液混合形式存在，气体上升时，通过塔板气孔，液体横向流过塔板进入降流管裂纹下层塔板。通过提高分子运动，可提高塔的效率。在计算说明部分，先确定设计方案，进行工艺计算，在此部分确定了最小回流比，进行物料计算、热量计算、塔板数计算以及塔的汽液负荷计算；然后开始对塔的主要尺寸进行计算，主要有塔径塔板的设计计算，筛板的流体力学计算和辅助设备的选择，还配有塔板负荷性能图，最后进行了强度校核，对圆筒和封头强度校核，计算了塔的自振周期，及风载荷和风弯矩还有最大弯矩，还对基础环、地脚螺栓、筋板、盖板进行了设计计算最后对裙座和塔壳的焊缝进行验算。塔体总高69 m，塔体直径2800mm，塔壳壁厚22mm，塔器最大质量为621057kg，塔器最小质量为176464kg，塔体共分10段，每段6900mm自振周期约为2.85s。具有结构简单，制造方便，节省材料等优点；符合了精馏筛板塔生产，达到技术先进经济合理的要求，以及优质高产安全低能耗的原则。满足了工艺和操作的要求，体现了经济节约，节省能源的要求。在生产中应注意防止物料泄露，以避免意外发生。塔体具有一定的刚度和强度，能够抵御大自然的一般破坏。关键词：精馏塔；浮阀塔；丙烯精馏塔；工艺计算；强度计算；毕业设计；58AbstractThis design for distillation sieve tower. In the tower with gas mixturereactants, gas rises, through the stomata, liquid horizontal plates flows into the drop flow tube plates. The tower crack by improving the molecular motion, it can improve the efficiency of the tower.In the first part, that determine the calculation process design, calculation, in this part of the minimum reflux ratio and determine the materials, heat calculating plates calculation, and the steam liquid load calculation, Then began to the main dimensions of the tower is calculated, the main tower diameter tower design and calculation of the sieve plate, the fluid mechanics calculation and auxiliary equipment choice, also equipped with tower board meeting performance, the intensity of cylinder head intensity, and the calculation of the vibration periods, and the wind load and bending moment and the maximum bending moment, the foundation, the anchor bolts of stiffened plate, plate, the design and calculation of skirt and the welding seam shell.TiZong 69 m high tower, tower body diameter and wall thickness 2200mm 24mm, shell tower for maximum quality 408146kg tower, minimum quality for 168662kg tower, the tower of 7 9500mm, each about 3.2 self-vibration cycle. With simple structure, easy fabrication, saving material etc, The float valves with distillation production reached advanced technology, as well as the economic and reasonable requirement of high quality safe low energy principle. Meet the requirement of technology and operation, saving energy, saving the economy. In the production of materials should be paid attention to prevent leakage, in order to avoid accidents. Tower body has certain stiffness and strength, can withstand the general nature damage.Keywords: distillation, sieve, propylene distillation tower, process calculation, strength calculation, graduation.目 录原始数据.5第一部分 工艺计算.51.1物料衡算 .51.2确定塔温 .61.3塔板数的计算 .31.4塔径的计算 .91.5塔内物件的工艺尺寸 . 141.6流体力学演算 . 171.7 塔的操作负荷性能图 . 201.8 附属设备设计 241.9 管径的确定 26第二部分 强度及稳定性校核28 2.1封头与筒体厚度计算.28 2.2质量载荷计算.29 2.3塔的自振周期.30 2.4地震载荷及地震弯矩计算 . 30 2.5 风载荷和风弯矩计算 32 2.6 圆筒应力校核 . 33 2.7 裙座稳定计算 . 34 2.8 基础环设计.36 2.9 地脚螺栓 .37 2.10筋板设计.38 2.11盖板设计.38 2.12裙座与塔壳的焊缝验算.39 2.13 吊柱的强度计算 . 39致谢. 41 年产4.1万吨丙烯精馏浮阀塔设计 一设计任务1） 进料组成 丙烯92.75%、丙烷7.05%、丁烷0.2% 2） 分离纯度 塔顶丙烯含量=99.6%,塔釜丙烯含量=15.2% 3） 塔内操作压力：1.74MPa 4） 建厂地区有关资料 地址：沈阳 气温：-20-40 基本风压：q。=45 / 地质：地震烈度7 级，土质为二类场地土 水文：水量充沛、一次水Tmax=30 二. 要求提交的毕业设计资料 1）工艺计算书 2）强度及稳定性计算书 3）设计说明书 4）设计图纸 0#4 张 5）专题部分：塔顶吊住设计 三. 设计计算的主要内容 第一部分 工艺计算1.1 物料衡算1.1.1 塔顶产品量 丙烯 C3H6 ： 丙烷 ： 丁烷 ： 丙烯丙烷丁烷 塔 顶摩尔分率0.9960.0040摩尔流量135.5820.5450 塔 釜摩尔分率0.1520.8230.025摩尔流量1.8279.8950.301 1.2 确定塔温1.2.1塔顶温度假设60丙烯丙烷丁烷Xi0.9960.004 0Ki1.31.19-3.7y1.29480.004760 y=1.29956假设 46 丙烯丙烷丁烷 Xi0.9960.0040Ki1.00.910.32y0.9960.003640 y=0.99964 塔顶温度近似于 461.2.2 塔釜温度假设 48 丙烯丙烷丁烷 Xi0.1520.8230.025Ki1.050.940.03y0.15960.773620.00825 Y=0.94147 假设塔低温度为50丙烯丙烷丁烷Xi0.1520.8230.025Ki1.110.990.35Yi0.16870.81480.0875 Y=0.99225 塔釜温度近似于501.2.3进料温度进料温度假设 48丙烯丙烷丁烷Xi0.92750.07050.002Ki1.050.940.33Yi0.9738750.06627 0.00066 Y=1.04805 假设进料温度为46丙烯丙烷丁烷Xi0.92750.07050.002Ki1.010.910.32Yi0.93670.0640.00064 Y=1.00134 进料温度为461.3 塔板数的计算1.3.1确定最小回流比 各组分的相对挥发度组分XFXDXW4650a丙烯0.92750.9960.1521.01.111.111.105丙烷0.07050.0040.8230.910.990.951丁烷0.00200.0250.320.350.330.35假定塔内各组分的挥发度恒定，且为衡分子流，取丙烯为轻关键组分，丙烷为重关键组分，由恩德伍德公式求得： 1.3.2 确定最小理论板数 塔顶丙烯丙烷的相对挥发度 塔釜丙烯丙烷的相对挥发度 平均相对挥发度 1.3.3 确定塔板数 取实际操作回流比 R=15 查吉利兰图 1.3.4 实际板数 取丙烯丙烷的分离塔板效率为0.9，所以实际板数 1.3.5 确定进料位置 设精馏段和提馏段所需要的理论板数为n和m（m包括塔釜）则得 进料位置在塔顶往下的74层塔板上1.4 塔径的计算1.4.1 气液相负荷及重度 塔顶各组分的临界性质组分% 分子PCPC %TCTC %MM %丙烯0.9964.6654.646365.6364.14241.832丙烷0.0044.2480.167369.81.48440.176合计1.0046.63365.5842.008 对比压力： 压缩系数：Z=0.72 体积流量： 塔釜各组分的临界性质组分% 分子PC PC %TCTC %MM %丙烯0.1524.6650.709365.5755.57426.384丙烷0.8234.2783.521369.83304.374436.212丁烷0.0253.7960.95425.1210.63581.45合计14.325370.5744.046对比压力： 压缩系数：Z=0.69 体积流量： 进料各组分的临界性质组分% 分子PC PC %TCTC %MM %丙烯0.92754.6654.327365.57339.074238.955丙烷0.07054.2480.302369.8326.07443.102丁烷0.0023.7960.008425.120.850580.116合计4.637365.9942.173对比压力 ： 压缩系数：Z=0.71 体积流量： 精馏段气相流量：提留段气相流量： 气相密度：塔顶：塔釜：进料：液相密度： 塔顶质量分率： 液相重度：丙烯 丙烷 丁烷 塔釜的质量分率： 液相重度：丙烯 丙烷 丁烷 进料质量分率： 液相重度： 丙烯 丙烷 丁烷553 液相密度： 精馏段液相密度： 提留段液相密度：液相流量： 精馏段液相流量： 提留段液相流量：1.4.2 初估塔径（1）精馏段： 气相密度 气相流量 液相密度 液相流量 动能参数： 取塔板间距： 塔板清夜层高度： 查浮阀塔3-1图得： 塔顶温度下液相的表面张力：丙烯 丙烷 塔径： 圆整为2.8m（2）提馏段： 气相密度 气相流量 液相密度 液相流量 取塔板间距：，塔板清夜高度：m 查浮阀塔 图3-1 得C20=0.061塔顶温度下液相的表面张力：丙稀丙烷丁烷 塔径： 圆整后D=2.8m 实际塔截面积： 空塔气速：1.5 塔内物件的工艺尺寸1.5.1 精馏段 根据液相流量，塔径为2.8米确定采用分块式双流型塔板，并选用弓形降液管。(1)溢流堰 取堰长 强度校核 从图3-10中得： 故溢流管横截面积 弓形溢流管宽度 实际操作气速 液流收缩系数E=1.12 堰上液流高度 溢流堰高 圆整 塔板上层实际清液高度 (2) 溢流管 液体在溢流管中平均停留时间 溢流管中液体流速 溢流间隙 ，则 （3）安全区和无效区 安全区 时，无效区 。 （4）塔板布置及浮阀数目与排列 取阀孔动能因子，则孔速为 取每层塔板上的浮阀数,即取边缘区宽度m， 破沫区宽度m，计算塔板上的鼓泡区面积，即 ，故， 弧长m 面积 板间连接处长 浮阀排列方式采用等腰三角叉排，取同一横排的孔的中心距m，则可估算排间距，即： mm考虑到塔的直径比较大，必须采用分块式塔板，而且各分板之间的支撑和连接也要占去一部分鼓泡区的面积，因此，排间距不宜采用107mm，应小于此值，故取，按，以等腰三角形叉排方式排列排得浮阀数347个。按重新核算孔速及阀孔动能因数： 阀孔动能因数变化不大，仍在912范围内。塔板开孔率1.5.2 提馏段 根据液相流量，塔径为2.8米确定采用分块式双流型塔板，并选用弓形降液管。溢流堰 取堰长 强度校核 从图3-10中得： 故溢流管横截面积 弓形溢流管宽度 液流收缩系数E=1.06 堰上的液流高度 溢流堰高度 ，圆整 。 塔板上层清液实际高度 （2） 溢流管 流体在溢流管内平均停留时间 溢流管中流速 溢流间隙 ，则 （3）安全区和无效区 安全区 时，无效区 。 （4）塔板布置及浮阀数目与排列 取阀孔动能因子，则孔速为 取每层塔板上的浮阀数,即边缘区宽度m， 破沫区宽度m，计算塔板上的鼓泡区面积，即 ，故， 弧长m 面积 板间连接处长 浮阀排列方式采用等腰三角叉排，取同一横排的孔的中心距m，则可估算排间距，即： 考虑到塔的直径比较大，必须采用分块式塔板，而且各分板之间的支撑和连接也要占去一部分鼓泡区的面积，因此，排间距不宜采用112mm，应小于此值，故取，按，以等腰三角形叉排方式排列排得浮阀数347个。按重新核算孔速及阀孔动能因数： 阀孔动能因数变化不大，仍在912范围内。塔板开孔率1.6 流体力学演算1.6.1 精馏段 （1）气体通过浮阀塔板的压降 干板阻力： ，故 板上充气液层阻力： 本设备分离的液相为碳氢化合物，可取空气系数 液体表面张力的阻力：很小，可忽略不计 （2）液面落差 因为所以液面落差忽略不计。（3）液沫夹带 按式子3-28及3-29计算泛点率，即 泛点率= 及泛点率= 其中，板上液流流径长度 板上液流面积 按表查取物性系数K=1.0，由图3-13查得泛点负荷系数,将以上数值代入3-28及3-29，得： 泛点率= 泛点率= 根据两个式子计算出的泛点率均在0.8以下，故可知雾沫夹带线能满足kg（液）/kg（气） 的要求。(4) 淹塔 为防止淹塔，必须控制降液管中清液层高度 A. 与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度，前面已经算出 B.液体通过降液管的压头损失（不设进口堰）C.板上清液层高度 故有： 故符合防止淹塔的要求。1.6.2 提馏段（1）气体通过浮阀塔板的压降 干板阻力： ，故 板上充气液层阻力： 本设备分离的液相为碳氢化合物，可取空气系数 液体表面张力的阻力：很小，可忽略不计 （2）液面落差 因为所以液面落差忽略不计。（3）液沫夹带 按式子3-28及3-29计算泛点率，即 泛点率= 及泛点率= 其中，板上液流流径长度 板上液流面积 按表查取物性系数K=1.0，由图3-13查得泛点负荷系数,将以上数值代入3-28及3-29，得： 泛点率= 泛点率= 根据两个式子计算出的泛点率均在0.8以下，故可知雾沫夹带线能满足kg（液）/kg（气） 的要求。(4) 淹塔（液泛） 为防止淹塔，必须控制降液管中清液层高度 B. 与气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度，前面已经算出 B.液体通过降液管的压头损失（不设进口堰）C.板上清液层高度 故有： 故符合防止淹塔的要求。1.7 塔的操作负荷性能图1.7.1 精馏段 （1）过量雾沫夹带线 依据式子3-28给出，即 泛点率= 按照泛点率为0.8计算如下： 泛点率= 整理得： 或： 由上式可知，雾沫夹带线为直线，则在操作范围内取两个值，依据上式算出相应的 ，即可作出雾沫夹带线。（）0.020.06（） (2)液泛线 联立式子3-19a， 3-25以及3-27有， 忽略上式的，将上式中所有的量与.的关系代入上式，整理得： 即： 或： 在操作范围内取若干个值，依据上式算出相应的值，列于下表中： （3） 漏液线 对于F1型重阀，依据计算，而 则： 据此做出与液流量无关的漏液线(4) 液相负荷上限线 液体的最大流量应保证在降液管中的停留时间不低于35s，依据式子3-10有： 以5s做为液体在降液管中的停留时间下限，则： 依此可以做出液相负荷上限线，液相上限线是与气体流量无关的竖直直线（4）(5) 液相负荷下限线 取堰上液层高度做为液体负荷下限条件，依据的计算式算出 的下限值： 依此可以做出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直直线（5）性能图如下：1.7.2 提馏段 （1）过量雾沫夹带线 依据式子3-28给出，即 泛点率= 按照泛点率为0.8计算如下： 泛点率= 整理得： 或： 由上式可知，雾沫夹带线为直线，则在操作范围内取两个值，依据上式算出相应的 ，即可做出雾沫夹带线（1）。（）0.020.06（） (2)液泛线 联立式子3-19a， 3-25以及3-27有， 忽略上式的，将上式中所有的量与.的关系代入上式，整理得： 即： 或： 在操作范围内取若干个值，依据上式算出相应的值，列于下表中： 根据上表可以做出液泛线（2）（4） 漏液线 对于F1型重阀，依据计算，而 则： 据此做出与液流量无关的漏液线(4) 液相负荷上限线 液体的最大流量应保证在降液管中的停留时间不低于35s，依据式子3-10有： 以5s做为液体在降液管中的停留时间下限，则： 依此可以做出液相负荷上限线，液相上限线是与气体流量无关的竖直直线（4）(5) 液相负荷下限线 取堰上液层高度做为液体负荷下限条件，依据的计算式算出 的下限值： 依此可以做出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直直线（5）性能图如下：1.8 附属设备的选择1.8.1 全凝器的热量衡算 塔顶温度46丙烯丙烷丁烷M424458H168102108L983128XD0.9960.0040总传质系数K的取值范围一般为，取。出料温度：采用水冷却：1.8.2 再沸器塔釜温度50时，查T-H图丙烯丙烷丁烷M424458H170103110L103330Xw0.1520.8230.025 总传质系数K的取值范围一般为，取。出料温度：选择100沸水： 1.9 管径的确定1.9.1 塔顶蒸汽管 取 圆整为282mm ，取外径315mm ，壁厚5mm ，内径为315mm。 公称直径DN=300mm，法兰外径D=485mm。1.9.2 回流管 用泵回流，取 圆整为260mm，取外径为325mm，壁厚为5mm，内径为315mm。 公称直径DN=300mm，法兰外径D=485mm1.9.3 进料管 用泵运输，所以 圆整为68mm，取外径为89mm，壁厚为3.5mm，内径为82mm。 公称直径DN=80，法兰外径D=200mm 1.9.4 塔釜出料管 取 圆整为22mm，取外径为32mm，壁厚3.5mm，内径为25mm。 公称直径DN=25mm，法兰外径D=115mm。1.9.5 釜液进再沸器管 取 圆整为276mm，取外径为325mm，壁厚5mm，内径为315mm。 公称直径DN=300mm，法兰外径D=485mm。1.9.6 再沸器蒸汽入塔管 采用直管，所以。 圆整为283mm，取外径325mm，壁厚5mm，内径为315mm。 公称直径DN=300mm，法兰外径D=485mm。1.10 开孔补强计算根据GB150规定可以采取补强圈补强，接管选用16MnR。1.10.1 塔顶蒸汽管所需的最小补强面积： ，取 筒体剩余面积： 其中： 接管剩余面积： 其中： 故开孔需要补强。1.10.2 回流管所需的最小补强面积： ，取 筒体剩余面积： 其中： 接管剩余面积： 其中： 故开孔需要补强。1.10.3 进料管所需的最小补强面积： ，取 筒体剩余面积： 其中： 接管剩余面积： 其中： 故开孔需要补强。1.10.4 塔釜出料管所需的最小补强面积： ，取 筒体剩余面积： 其中： 接管剩余面积： 其中： 故开孔需要补强。1.10.5 釜液再沸器管所需的最小补强面积： ，取 筒体剩余面积： 其中： 接管剩余面积： 其中： 故开孔需要补强。1.10.6再沸器入塔管所需的最小补强面积： ，取 筒体剩余面积： 其中： 接管剩余面积： 其中： 故开孔需要补强。第二部分 强度及稳定性校核筒体材料16MnDR，基本风压： 地质：地震烈度7 级，土质为二类场地土 塔上每隔9米安装一个操作平台，共 7个，平台宽 1.2m，单位质量，包角 180。设计压力 ，设计温度-20-40，塔壳的厚度附加量3mm,裙座的厚度附加量2mm，裙座采用圆柱形裙座，裙座高3m。塔壳外表面保温层 100mm，保温材料密度 300 。塔内装有 120 层塔盘，每层塔盘上存留介质高度为100mm，介质密度800 。塔整体高度H= 2.1 封头与筒体 塔壳材料16MnDR， 裙座材料为Q235-A， 。计算压力P=1.74MPa （1）圆筒 =因钢板最小厚度为4mm，加上厚度附加量=0 , =3,并圆整后取名义厚度=22mm，有效厚度=19mm。 （2）封头 = 因钢板最小厚度为4mm，加上厚度附加量=0 , =2, 并圆整后取名义厚度=22mm，有效厚度=19mm。 2.2 质量载荷计算 (1) 塔壳和裙座质量 (2) 人孔、法兰、接管等附件质量 (3) 内部构建质量 (4保温材料质量 （5） 平台和扶梯质量（6） 操作时塔内物料质量 （7） 冲水质量 （8） 塔器的操作质量 （9） 塔器的最大质量 （10） 塔器的最小质量 将塔分为10段，每段6.9米段号1234567891013198.913198.913198.913198.913198.913198.913198.913198.913198.913198.92800.25022.75022.75022.75022.75022.75022.75022.75022.75022.71081.51913.51913.51913.51913.51913.51913.51913.51913.51913.52761810.61810.61810.62761810.61810.61810.62761810.61989.93569.23569.23569.23569.23569.23569.23569.23569.23569.224002.142465.342465.342465.342465.342465.342465.342465.342465.342465.319346.525514.925514.925514.923980.325514.925514.925514.923980.325514.941358.764411644116441162876.464411644116441162876.4644112.3 塔的自振周期 2.4地震载荷及地震弯矩计算1234567891019346.525514.925514.925514.923980.325514.925514.925514.923980.325514.934501035017250241503105037950448505175058650655502.0310.522.6637.5354.7173.9394.98117.72142.04167.833.9326.7957.8295.76131.20188.63242.34300.36340.62428.220.07942.82913.09735.93771.786139.45230.19353.61483.79716.99A=B=0.01800.09310.20090.33280.48510.65560.84221.04381.25951.48820.5000.039g，9.81，N66.62454.41980.571624.42225.33199.94110.75094.75777.77263.70.1495，kg1867356.6726.4144.0161.6274.4696.83114.43132.04140.64167.12,N2115.258375.3913956.8719541.5323613.4730707.6636289.1441873.8044601.1152998.700.22984.7016.9139.2369.10121.44184.36263.65338.8647