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DN1100 斜孔式 精馏塔 设计 11 CAD

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任务书学院： 机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师学生姓名课题名称DN1100斜孔式精馏塔设计内容及任务拟设计一斜孔塔，用于笨-甲苯溶液精馏。给定设计参数如下：塔内径： 1100 mm 塔高：23 m设计压力：0.35MPa 设计温度：115 腐蚀余量：4mm 安装地区：自定 需完成的主要内容如下：1、绪论2、主体结构设计3、材料选择及零部件结构设计4、强度计算与校核5、加工工艺、装配程序、安全防腐等6、绘制装配图及零部件图7、翻译外文文献拟达到的要求或技术指标1、首先需在互联网、图书馆、工厂广泛查阅相关科技资料2、进行结构、材料及装置选择论证时，要求资料详实，数据充分3、进行强度校核时，要求计算准确，分析详细，公式的字母含义应标明4、查阅15篇以上与题目相关的文献，其中近三年的文献不少于5篇，鼓励引用一定的外文文献；按要求格式独立撰写不少于12000字的设计说明书；写出不少于400字的中文摘要，关键词的个数一般取5个左右；鼓励翻译一篇本专业外文文献5、完成不少于3张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的1号图纸，同时至少有折合4号图幅以上的图纸用手工绘制，并要求图面整洁，视图齐全，布局合理，线条、文字及尺寸标注等均应符合有关标准规定进度安排起止日期工作内容备注2月18日3月1日3月4日3月15日3月18日5月24日5月27日5月31日毕业设计调研集中实习毕业设计毕业答辩主要参考资料1 路秀林，王者相.化工设备设计全书-塔设备 .北京：化学工业出版社，20042 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册.北京：中国标准出版社，20023 朱有庭.化工设备设计手册.北京：化学工业出版社，20054 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术.北京：化学工业出版社，20115 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州：华南理工 大学出版社，19866 赵惠清，蔡纪宁.化工制图 .北京：化学工业出版社，20157 谭蔚.化工设备设计基础.天津：天津大学出版社，20148 李群松.化工容器及设备.北京：化学工业出版社，2014教研室意见本课题符合专业人才培养要求，设计任务饱满，同意下达任务书 本课题不符合专业人才培养要求，不同意下达任务书教研室主任（签章）：年 月 日开题报告题目DN1100斜孔式精馏塔设计学生姓名班级学号专业1、课题研究目的与意义精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置。利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即在同一温度下各组分的蒸气压不同这一性质，使液相中的轻组分(低沸物)转移到气相中，而气相中的重组分(高沸物)转移到液相中，从而实现分离的目的。精馏塔也是石油化工生产中应用极为广泛的一种传质传热装置。无论是平衡蒸馏还是简单蒸馏，虽然可以起到一定的分离作用，但是并不能将一混合物分离为具有一定量的高纯度产品。在石油化工生产中常常要求获得纯度很高的产品，通过精馏过程可以获得这种高纯度的产品。精馏过程所用的设备称为精馏塔，大体上可以分为两大类：板式塔，气液两相总体上作多次逆流接触，每层板上气液两相一般作交叉流。填料塔，气液两相作连续逆流接触。一般的精馏装置由精馏塔塔身、冷凝器、回流罐，以及再沸器等设备组成。进料从精馏塔中某段塔板上进人塔内，这块塔板称为进料板。进料板将精馏塔分为上下两段，进料板以上部分称为精馏段，进料板以下部分称为提馏段。板式精馏塔中溶液经过一块塔板即相当于一次相平衡，塔板的数目越多则分离效果越明显，但同时塔板费用也越高，故需要根据实际的费用及操作要求来确定塔板的数目。塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类，工业中以错流式为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。斜孔塔板在结构上集中了筛板塔板、浮阀塔板和舌孔塔板存在的优点，克服了它们的弱点，使其结果更加完美。首先，筛板塔板由于筛孔的汽速方向与雾沫夹带方向平行导致筛板塔的雾沫夹带加剧和板校较低。而斜孔塔盘特殊阀孔结构设计使气体从阀孔沿与板面平行方向喷出，板上汽体流动矢量与雾沫夹带矢量呈90 ,有利于减低雾沫夹带。其次,浮阀塔板尽管阀孔的汽速与板面平行,但单个阀孔沿圆周的放射状汽速方向与其他阀孔的汽速存在对撞,引起附加雾沫夹带。与浮阀塔板不同,斜孔塔板的线性单向流动设计和相邻两排斜孔方向错位相反排布,使任意两个相邻阀孔间的汽相对撞降至最低,使由于阀孔间气体干扰引起的雾沫夹带大幅下降。还有,斜孔塔板相邻两排斜孔方向错位相反排布矢量相反,可保证气体对液层的动量作用相互抵消,保持稳定的液层和汽液接触过程。舌孔塔板尽管单个阀孔的汽速与板面平行,但由于气体对液体动量作用未能平衡,板上的液体受到汽速的干扰产生较大的位差,影响了塔板的正常工作,因此塔板上必须要求具备稳定的液层以保证板上均匀稳定的汽液传质。 斜孔塔塔板在正常工作时，气液两相接触良好允许的蒸气负荷高，处理量大，压降小，操作反应灵敏，是目前国内公认的高效塔型。由于塔内的蒸气流速直接影响到塔板上的液层高度、气液两相的接触时间与传质效率，因此在酒精蒸馏过程中，应严格控制蒸气的速度，以充分发探其优点。酒精蒸馏过程中，影响蒸气速度的因素很多。对于斜孔塔板来说，由于塔板本身没有固定的液层，欲形成稳定的液面高度，最主要的是进料要求平稳，操作参数(温度、压力及回流比)变化小，内压波动幅度不宜过大。在低负荷操作时，适当提高回流比，将塔内的实际负荷控制在塔的负荷下限以上，以稳定操作。斜孔塔盘的优越性:1:处理量大斜孔塔板采用喷射态操作,孔动能因子比F1浮阀高30%以上,因此,在同样塔径和相同开孔率的条件下,处理量可比F1浮阀提高30%以上.斜孔塔板采用开小孔、多开孔的方式,阀孔之间的间距由于合理的设计可控制到较小范围,因此在同样横截面积的条件下,斜孔塔板比Fl浮阀的开孔率更高。斜孔板处理量大的特点在许多装置立足塔径不变,板间距不变进行扩产改造时得以成功应用。2:塔板效率高斜孔塔板采用喷射态操作,汽液表面更新速率更快,可有效增强传质系数,因此斜孔塔板比FI浮阀的效率更高。斜孔塔板的斜孔尺寸大小一致,在板面上均布,气泡分布均小;板面广生数量大、单孔面积小的气泡,单位体积的传质比表面积大,效率较高斜孔板板效率较高的特点在一些装置立足板数不变,板间距不变进行提高产品质量改造时得以充分应用。 现阶段的斜孔式精馏塔在结构细节设计方面还是存在一定的缺陷与不足，还需继续改进与完善。 2、国内、外现状及发展趋势 2.1 国内发展状况 在上世纪五十年代前我国斜孔塔基本上是空白的，第一个五年计划期间我国建设了新的化工、石油装置与设备，大部分设备从苏联引进，其技术基本上是三十年代水平。 塔器设备在炼油、化工、制药等过程工业中占有重委地位,其性能的优劣、技术水平的高低将直接影响产品的产量、质量、回收率,经济效益等各个方面。因此研究和使用新型的塔器设备对于强化气、液两相传质过程以及工业生产具有得要的意义。余国琮等人曾对精馏和萃取过程中塔器设备的作用和发展做过精辟分析，指出当前在环境保护和维持正常生态平衡提出更高要求的情况下,塔器设备性能的优劣、技术水平的高低还可能涉及到某些化工工艺能否继续维持下去的问题另一些研究人员亦对国外化工塔器的现状和应用进行了深入分析。 我国在斜孔塔的研究开发工作方面虽然起步较晚，但在长期的努力和不断吸取经验总结下也取得很好成绩，与国外差距不断缩短。在1980年有关科研单位就开始了对斜孔塔板的研究开发，1993年始逐渐在工业中应用，并得到进一步的完善。现在的斜孔塔盘已经在化工生产中得到越来越广泛的应用。 2.2 国外发展状况斜孔塔作为重要的单元设备一直受到重视，在对原有塔板的改进和性能研究以及新型塔板的开发与应用等方面都取得了进展。在塔板研究方面，国外近三十年来，塔板是按泡罩、筛孔和浮阀这三种基本塔类而发展的，一些新开发的塔板多数也是这三种塔板的改进型，它们均有气相分散的共同特点。真正有所创新的是六十年代推出的一些液相分散型（即喷雾液滴型）塔板。如原民主德国的PKB塔板（即Perfom塔板）和日本的垂直筛板（即New VST塔板）。它们的出现是板式塔发展中的重大进步，因此一问世即受到人们的普遍重视。原因主要还与蒸馏塔设计应更多考虑节能要求有关。到八十年代这一趋势更为明显，节能和满足产品高纯度要求，已成为主要研究目标之一。因此，相继又出现了罩型挡板筛孔塔板和蒸汽对股流蒸馏塔板。总之，八十年代到九十年代国外塔器发展总的要求是：节能、高效和优质。为了加强工业技术的竞争力，长期以来，各国都在加强对塔器的研究力度，而最近几年国外之所以放慢了关于塔的研究脚步，是因为现在已经研究出了塔盘的效率并不取决于塔盘的结构，而主要取决于物质的性质，如：挥发度、粘度、混合物的组分等。国外已经转向研究“在提高处理能力和简化结构的前提下，保持适当的操作弹性和压力降，并尽量提高塔盘的效率。”在新型填料方面在努力的研究发展有利于气液分布均匀、高效和制造方面的填料。斜孔塔在国外技术研究已经达到了成熟的阶段，更多的技术突破还在等着人类去不断探索。3、课题研究的主要内容3.1 准备工作 在互联网或者图书馆等广泛查阅相关科技文献资料，也可以去工厂了解斜孔塔方面的各种知识，认识斜孔塔设计安装的过程、原理、性能及应用。还应该了解斜孔塔在国内外应用现状及发展趋势。掌握基本知识点，计算方法等，并安排设计进度。3.2 主体、零部件结构设计及材料选择各零部件的材料选择，选择斜孔塔的类型与结构，操作条件的选择和操作方式的选择。斜孔塔几何设计和结构设计。3.3 强度计算与校核 计算斜孔塔各部件尤其受压部件的应力大小检验其强度是否在允许范围内，按照国家压力容器安全技术规定进行计算核算。3.4 加工工艺、装配程序、安全防腐等选择加工工艺，及编写装配程序，考虑安全性能及采取防腐措施。3.5 绘制装配图及零部件图 利用AutoCAD绘图软件绘制出斜孔塔的装备图及各个零件图。3.6 翻译外文文献，撰写说明书将外文文献进行翻译，并按要求编写说明书。4、 课题的进度安排根据毕业设计课题任务书，初步拟定毕业设计实施方案如下：12月7日12月15日：查阅收集相关文献资料，撰写开题报告。 2月25日3月13日：毕业实习，为毕业设计做好资料准备。 3月14日3月21日：查阅文献资料，拟定设计方案，开始课题设计。 3月22日4月5日：斜孔塔的材料选择及总体设计，强度计算并校核。 4月6日4月20日：选择加工工艺，装配过程，考虑安全防腐等细节 。 4月21日5月4日：依据设计步骤绘制零件图，装配图。 5月5日5月21日：撰写毕业设计说明书，做好答辩准备。 5月22日5月26日：毕业答辩。 参考文献1 路秀林，王者相.化工设备设计全书-塔设备 .北京：化学工业出版社，20042 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册 .北京：中国标准出版社，20023 朱有庭.化工设备设计手册 .北京：化学工业出版社，20054 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术 .北京：化学工业出版社，20115 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计 .广州：华南理工 大学出版社，19866 赵惠清，蔡纪宁.化工制图 .北京：化学工业出版社，20157 谭蔚.化工设备设计基础 .天津：天津大学出版社，2014指导教师批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日DN1100斜孔式精馏塔设计摘 要本次设计的是DN1100斜孔式精馏塔，其中DN1100表示的是该塔的塔内径。斜孔式精馏塔属于板式塔的一种，其塔盘采用的是斜孔塔盘，斜孔塔充分地结合了筛板塔和浮阀塔的优点。斜孔塔盘是属于喷射型塔盘，近似于筛孔塔板，流动状态比筛孔塔板合理，性能比筛孔塔板优越。不过也有类似筛孔塔板的缺点，如有设计方法和使用技巧不正确时，容易被误会为弹性小，不好操作而得不到重视。其与浮阀塔盘相比，弹性不如浮阀塔盘，但处理量大大超过浮阀塔盘。斜孔塔盘优缺点并存，本设计的目的就是要尽量放大其具备的优点，再进一步缩小其缺点，提高塔盘的处理效率，解决斜孔容易堵塞以及设计使用方法复杂等难题，让其得到工人们的认可，并将其推广发扬。整个设计过程，我通过塔体载荷，塔体的强度等不同方面的数据计算来设计斜孔塔盘的最优数值，根据计算得出的数值来进一步确定塔盘的最佳摆放位置与最优开孔方式。为了使斜孔塔盘能发挥其最大的功效，在选材方面也要进行慎重考虑。最后一步就是塔设备安装与运输计划的制定，以及防腐工作计划的确定。除此之外，对于斜孔塔盘的加工工艺过程也需有详细的加工计划。关键词：斜孔塔盘；精馏塔；喷射型；板式塔；DN1100；设计ABSTRACTI designed DN1100 oblique-hole distillation column, in which DN1100 represents the length of the inner diameter of the tower. The oblique-orifice distillation tower is a kind of plate-type tower. Its tray adopts oblique-orifice tray, which fully combines the advantages of sieve tray and float valve tray. The oblique-orifice tray belongs to jet-type tray, which is similar to sieve-orifice tray. Its flow state is more reasonable than sieve-orifice tray and its performance is superior to sieve-orifice tray. However, there are some shortcomings similar to the sieve tray. If the design method and use skills are incorrect, it is easy to be misunderstood as small elasticity, poor operation and not paid attention to. Compared with the valve tray, the elasticity of the valve tray is not as good as that of the valve tray, but the throughput of the valve tray is much larger than that of the valve tray. The oblique hole tray has both advantages and disadvantages. The purpose of my design is to enlarge its advantages as far as possible, further narrow its disadvantages, improve the trays treatment efficiency, solve the problems of easy blockage of oblique hole and complex calculation method, so that it can be recognized by workers and promoted. Throughout the whole design process, I design the optimum value of the inclined hole tray by calculating the mass of the tower, the load of the quality of the tower equipment, the strength of the tower body and other data. According to the calculated value, I further determine the optimum position of the tray and the optimum opening mode. In order to make the oblique orifice tray play its most effective role, careful consideration should also be taken in material selection. In addition, a detailed processing plan is also needed for the industrial process of inclined hole tray.Key words: sieve tray tower; tray; reducing liquid;Inclined hole tray目录1概 述11.1塔设备的简介11.2 精馏塔的简介11.3 斜孔塔盘的介绍21.4 DN1100斜孔式精馏塔的介绍22塔体结构设计22.1塔体设计内容32.1.1设计数据32.1.2塔体结构图32.2 材料型号的选择确定42.3塔体、封头壁厚计算及确定42.3.1塔体厚度的计算42.3.2封头厚度计算52.4塔设备质量载荷计算52.4.1塔体总质量计算52.4.2风载荷与风弯矩计算62.4.3地震弯矩计算72.4.4最大弯矩83塔体的强度校核103.1.塔体的强度及轴向稳定性校核103.1.1塔体危险截面轴向应力计算103.1.2塔体危险截面强度及轴向稳定性校核103.2裙座的强度及稳定性计算与核验103.2.1裙座底部危险截面轴向应力计算：113.2.2裙座维修检查孔洞截面的强度计算与校核113.2.3裙座底部焊缝强度的计算与校核123.3水压试验时塔体的强度计算和稳定性核验123.3.1水压试验时塔体截面的强度校核与计算123.3.2水压试验时裙座底部截面的强度和轴向稳定性校核124 基础环板与开孔设计134.1基础环板设计134.1.1基础环板内外径的确定134.1.2混泥土强度校核134.1.3基础环板厚度设计134.1.4地脚螺栓的设计与数据计算144.1.5筋板的设计与计算154.1.6盖板的设计和计算164.2开孔及开孔补强的计算与核验164.2.1甲苯进口N02开孔及开孔补强164.2.2苯进口N04开孔及开孔补强184.2.3甲苯出口N08开孔及开孔补强194.2.4人孔开孔及其开孔补强215 精馏塔辅助装置的介绍与选择235.1管壳式换热器的介绍与选择235.2冷凝器245.3再沸器的介绍与选择245.4塔釜隔板的介绍与选择255.5加热蒸汽鼓泡管265.6接管结构的选择265.7溢流装置的介绍以及安装方式选择266 塔设备的制造、安装及运输286.1制造，组装与安装286.2焊接及其特点与热处理296.3塔器的腐蚀与防腐措施29参考文献30致谢31附录331概 述1.1塔设备的简介塔设备是化工，石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气液两相之间进行紧密接触，从而达到传质传热的效果。精馏和萃取是塔设备完成的最为常见的操作。塔设备还可以对气体进行清洗，干燥与冷却回收。塔设备主要是分为了板式塔与填料塔两大类。顾名思义,板式塔内会装有一定数量的塔板，两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。板式塔种类繁多，各种塔种都有各自的优缺点，因而所作为的比较都有一定的相对性。而且，近年来有人认为，不管塔盘构造如何，只要在最适合的条件下即可以达到良好的操作，从而否认了在塔盘结构上下大功夫的必要性。但是，事实上，塔盘的结构会影响流体力学状态和传质性能，故而对它的研究是十分必要的。对塔型的评价具体可以分为以下几个方面比较：生产能力，塔板效率，操作弹性，气体通过塔盘的压力降，造价，操作是否方便等。通过一些简单的对比，浮阀塔盘在效率与价格等方面都比泡罩塔强，所以应用广泛。筛板塔造价低廉，压力降小，除操作弹性较差外，其他性能接近浮阀塔盘，这是筛板塔盘今年来使用广泛的原因。1.2 精馏塔的简介 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置。利用混合物中各组分具有不同的挥发度，通过加热使沸点较低的组分蒸发来实现分离的目的。精馏塔是一种应用极为广泛的传质传热装置。精馏塔主要类型有：板式塔与填料塔。连续精馏和间接性精馏是其两种不同的操作方式。塔盘等于塔板，是板式塔气液两相接触传质的部位，也是板式精馏塔的核心位置，其形式多种多样，包括：泡罩塔盘，浮阀塔盘，筛孔塔盘，舌型塔盘，斜孔塔盘，网孔塔盘，导向浮阀型塔盘，穿流型塔盘，旋流型塔盘以及其他塔盘。工业发展迅速，为了实现工业要求，所以陆续改造出各种新塔型，正是如此才衍生出这么多种塔盘。本次设计是斜孔塔盘，所以只会介绍有关斜孔塔盘的知识。决定塔的操作性能主要由三大部分组成：气体通道，溢流堰，降液管。1.3 斜孔塔盘的介绍 斜孔塔盘是属于喷射型塔盘，近似于筛孔塔板，流动状态比筛孔塔板合理，性能比筛孔塔板优越。不过也有类似筛孔塔板一定的缺点，如有设计方法和使用计较不正确，容易被误会为弹性小，不好操作而得不到重视。其与浮阀相比，弹性不如浮阀，但处理量大大超过浮阀。斜孔塔盘上冲有一定形状的斜孔，斜孔开口方向与液留方向垂直，相邻两排斜孔的开口方向相反，避免了气液并流所造成的液留不断加速和某些塔盘的气流对吹现象，因而液层均匀，雾沫夹带量小，塔板效率有所提高。但因为斜孔塔盘的开孔是固定的，因此，操作弹性比浮阀塔盘小。斜孔：目前工业上采用的是K型斜孔，除前端开口外，两侧也开口，孔的周边向里弯曲。斜孔的尺寸，可根据具体情况而变化，而且也可以通过改变斜孔开口高度来改变斜孔的开口面积。通常的开口长度为18mm，开口高度为4-6mm。开孔面积可根据开口的几何尺寸来计算。斜孔塔盘在正常操作时，斜孔开口的气体动能因数可取12-15，当要求较大的操作弹性时，可选取较高的动能因素，此外相应的塔板阻力及雾沫夹带也有所增加。确定了开口除的气体动能因数，就可以算出相应的气体孔速和塔板开孔率。 1.4 DN1100斜孔式精馏塔的介绍斜孔孔式精馏塔是属于板式塔的一种，其所使用的塔盘是斜孔塔盘。斜孔塔诞生的时间是比较晚，但随着工业水平的发展，科学家们通过对结合筛板塔，浮阀塔的优点进行改造得到的现在的斜孔式塔盘，由于结构简单，工作效率高的斜孔塔盘得到工业上的重视，又通过大量的实验研究以及工业上的实践，人们对斜孔塔盘有了更加全面的认识与了解，同时也对斜孔塔的技术有了质变的提升，所以现在的斜孔塔盘技术趋于成熟，从此之后，斜孔塔便得到了广泛的应用与发展。斜孔式精馏塔有其独有的优势，造价低廉，压力降小，效率高，雾沫夹带量小，所以目前在精馏塔里面是应用非常广泛的，本次设计就是斜孔式筛板塔对甲苯，苯混合溶液的精馏，具体设计见下文。2塔体结构设计2.1塔体设计内容2.1.1设计数据表1 设计参数设计压力MPa0.35介质笨，甲苯设计温度 115介质特性易燃 中度危害腐蚀余量mm4压力容器类别一类（D1）水压试验压力0.6地震基本烈度8（0.1g）设计风压N/400地震分组第一组焊接接头系数0.75场土地类别壳体材料16MnR场地土粗糙类别B裙座材料组合件保温层材料与厚度mm岩棉/90塔高23m塔内径1100mm2.1.2塔体结构图图一 板式塔结构图2 塔体分段示意图2.2 材料型号的选择确定塔体与裙座材料选用Q345R，其中塔板材料选用Q235B，塔体与裙座对接焊接，塔体焊接头焊接系数2.3塔体、封头壁厚计算及确定2.3.1塔体厚度的计算 根据刚度和强度的严格要求，确定塔体厚度最小极限值 考虑到腐蚀余量C=4mm，经圆整，取塔体厚度：2.3.2封头厚度计算采用的是标准椭圆形封头考虑到腐蚀余量C=4mm，经圆整，取封头厚度：2.4塔设备质量载荷计算2.4.1塔体总质量计算、裙座质量 =5*330+24*330+2*180=9930kg、人孔、法兰、接孔等附件质量=0.2M01=0.2*9930=1986kg、内构件质量=P/4*1.3*1.3*54*65=4660kg、保温层质量 =p/4*（1.504*1.504-1.324*1.324）*30*799=4639kg、平台，扶梯质量 =400*5+40*30=3200kg说明：平台数量n=30，扶梯使用笼式扶梯，单位质量为40kg/m，平台共有五层，每层400kg，、操作时物料质量 、充水质量 、整个塔器的操作质量 M0=M01+M02+M03+M04+M05+Ma=28141kg、全塔最大极限质量 57595kg 、全塔最小极限质量 2.4.2风载荷与风弯矩计算 风载荷，式中 K1=0.7，塔高23M，Di=1100mm时，取k2=1.6；当地风压，把塔按高度来分成三部分：08米 部分：L1=8-0=8m，f1=1.00816米 部分：L2=16-8=8m，f2=1.241623米 部分：L3=23-16=7m，f3=1.44塔体外壳有效直径：楼梯外加宽度取380mm 根据每部分的平均值取值 =1109+2100+380+580=2269mm.塔体每一部分的风力：08米：0.71.63801.0082.524=8593.7N，816米：0.71.63801.2482.524=10656N，1623米：1.61.443800.772.524=10828N。= =0.5*8593.7*2500+10656*10000+10828*20000=333861250 N.mm裙座的维修检查孔处的弯矩应力计算（大约离地面0.6米）： =0.92*8593*4700+10656*14200+10828*24200= 450508932 N.mm裙座的底部弯矩应力计算：式中 L1表示裙底底座到标高处的高度8m，则L1=8-0=8m。=0.7*1.6*380*1*8*2.524=9130N. 8593*5000+10656*15000+10828*25000=473505000 N.mm2.4.3地震弯矩计算表2场地土的特性周期：设计场地场土地类型分组一二三四第一组0.250.350.450.55第二组0.300.400.500.60第三组0.350.450.550.65表3地震影响系数的最大值：设防度789最大值0.10.20.3所以，=0.08， =0.35，地震力计算：M表示塔每一米的质量，m=800kg/m；H塔高=23m。I塔截面的形心轴惯性矩，=0.022 T1 = =0.916s 所以， ；地震弯矩计算： =52362N.m= =549280.74N = =41923.7N*m = 1.25*5.49*=6.86*N.mm 1.25*5.23*=6.537*N.mm1.25*4.19*=5.237*N.mm2.4.4最大弯矩 * 故3塔体的强度校核3.1.塔体的强度及轴向稳定性校核3.1.1塔体危险截面轴向应力计算 3.1.2塔体危险截面强度及轴向稳定性校核 ；系数k=1.3. 所以满足条件。塔体危险截面抗拉强度计算与核验： 根据计算结果可知各系数满足整个塔体的强度、刚度及稳定性要求。3.2裙座的强度及稳定性计算与核验内径厚度厚度附加量，则裙座的实际有效厚度为3.2.1裙座底部危险截面轴向应力计算：操作时全塔质量引起的压应力 风载荷引起的弯曲应力：抗压强度及轴向稳定性验算： 式中 系数根据计算结果可知各系数满足整个塔体的强度、刚度及稳定性要求。3.2.2裙座维修检查孔洞截面的强度计算与校核裙座维修检查孔洞截面的轴向应力计算.压强度及轴向稳定性验算： 根据计算结果可知各系数满足整个塔体的强度、刚度及稳定性要求。3.2.3裙座底部焊缝强度的计算与校核因为此塔裙座与塔体采用对接焊，焊缝的组合拉应力为：3.3水压试验时塔体的强度计算和稳定性核验3.3.1水压试验时塔体截面的强度校核与计算按式校核式中 -直立进行水压试验时的水压试验压力，-液体静压力，塔高为23m，扣除裙座高度4m，水压测试时，塔内实际液体高度为19m，故取。 故满足水压试验强度要求。3.3.2水压试验时裙座底部截面的强度和轴向稳定性校核，故水压试验时裙座底部0-0截面满足稳定性要求。4 基础环板与开孔设计4.1基础环板设计4.1.1基础环板内外径的确定外径 内径 4.1.2混泥土强度校核正常操作时： 经计算，满足强度要求。 4.1.3基础环板厚度设计由于塔属于高型塔，塔底裙座采用的钢筋结构，基础环板采用10均布的地脚螺栓固定，取筋板厚度为，则基础环上筋板间的距离为： 筋板内侧距离为：相邻筋板间最大外侧距离为： 查表可知 ， 基础环板采用Q235钢，其厚度可以计算： 考虑腐蚀余量，取故取基础环板。4.1.4地脚螺栓的设计与数据计算塔设备作用在迎风面侧基础上的最小应力根据 故取由于设备有可能倾倒，必须采用地脚螺栓予以固定。选用地脚螺栓的材料为16MnR,该材料的许用应力为148MPa，取腐蚀余量为4mm，则地脚螺栓的根径： 基础环面积 表4 地脚螺栓公称直径：根径/mm20.7526.2131.6737.1242.5850.04公称直径M24M30M36M42M48M56根据表格标准，选用M56的地脚螺栓14个。4.1.5筋板的设计与计算地脚螺栓的筋板的个数为：=3筋板厚度 筋板宽度筋板长度 一个地脚螺栓所承受的最大拉力为： 因为 所以，筋板的临界许用压应力： 筋板的压应力 根据计算可以得知选择的筋板合格。4.1.6盖板的设计和计算盖板宽度 盖板间距垫板宽度地脚螺栓孔直径地脚螺栓孔直径盖板厚度 垫板厚度环形盖板的最大应力的计算如下： 根据计算结果可以得知选用的盖板和垫板合格。4.2开孔及开孔补强的计算与核验表5不另行补强的接管最小厚度mm接管公称外径 253238454857657689最小厚度3.54.05.06.04.2.1甲苯进口N02开孔及开孔补强1）补强及补强方法判别（1）补强判别：因本开孔外径故需另行补强。（2）补强计算方法壳体开孔直径d=394mm 满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故用等面积法进行开孔补强计算。 2）开孔所需补强面积（1）壳体计算厚度：考虑风载荷对塔体的影响，取（2）强度削弱系数 （3）接管有效厚度 开孔所需补强面积为： 3）有效补强范围：有效宽度B： （2）有效高度:外侧有效高度： 取小值，故 内侧有效高度：取小值，故4）有效补强面积：筒体多余金属面积：（1）接管多余金属面积：接管计算厚度 （2）接管区焊缝面积（焊脚为9mm）：（3）有效补强面积：s 故需另行补强。（4）所需另行补强面积：拟采用补强圈补强。5）补强圈设计：根据接管公称直径选补强圈，参照补强圈标准取补强圈外径内径因补强圈在有效范围内。考虑钢板负偏差量并经圆整，取补强圈名义厚度。4.2.2苯进口N04开孔及开孔补强1）补强及补强方法判别（1）补强判别：因本开孔外径，故需另行考虑补强。（2）补强计算方法判别：开孔直径 本凸形封头开孔直径满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故用等面积法进行开孔补强计算。2）开孔所需补强面积（1）封头计算厚度 （2）开孔所需补强面积3）有效补强范围：有效宽度：B, （1）有效高度：外侧有效高度：，取小值，故 内侧有效高度：，取小值，故（2）有效补强面积：（3）筒体多余金属面积： （4）接管多余金属面积： （5）接管区焊缝面积（焊脚取8mm）： （6）有效补强面积：故需另行补强4）所需另行补强面积：拟用补强圈设计。5）补强圈设计根据接管公称直径DN250选补强圈，参照补强圈标准，取补强圈外径内径。因，补强圈在有效范围内。 经圆整取补强圈名义厚度，4.2.3甲苯出口N08开孔及开孔补强1）补强及补强方法判别（1）补强判别：因本开孔外径，故需另行考虑补强。（2）补强方法判别：开孔直径：本凸形封头开孔直径。满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。2）开孔所需补强面积（1）封头计算厚度：（2）强度削弱系数：，3）有效补强范围有效宽度： 有效高度：外侧有效高度：取小值，故内侧有效高度：取小值，故4）有效补强面积（1）筒体多余金属面积： （2）接管多余金属面积：接管计算厚度： （3）接管区焊缝面积（焊脚为9）：（4）有效补强面积：故需另行补强。5）所需另行补强面积：拟采用补强圈补强。6）补强圈设计根据接管公称直径选补强圈，参照补强圈标准取补强圈外径，内径。因，补强圈在有效范围内。经圆整，取补强圈名义厚度为：4.2.4人孔开孔及其开孔补强1）补强及补强方法判别（2）补强判别：因本开孔外径，故需另行考虑补强。（3）补强计算方法判别开孔直径：本筒体开孔直径满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故用等面积法进行开孔补强计算。2）开孔所需补强面积：筒体计算厚度：，强度削弱系数：开孔所需补强面积： 3）有效补强范围（1）有效宽度：B取大值，故（2）有效高度：外侧有效高度：，取小值，故内侧有效高度：，取小值，故。4）有效补强面积（1）筒体多余金属面积： （2）接管多余金属面积：（3）接管区焊缝面积（焊脚位9mm）： （4）有效补强面积： 故需另行补强。5）所需另行补强面积：拟用补强圈补强。6）补强圈设计：根据接管公称直径选补强圈，参照补强圈标准取补强圈外径。因.补强圈在有效范围内。补强圈厚度为： 圆整取。 5精馏塔辅助装置的介绍与选择精馏装置的主要附属设备包括管壳式换热器、冷凝器、再沸器、塔釜隔板，以及塔对外的连接管路、泵和高位槽。这些方面的选型设计要运用流体力学和传热学的基本知识来解决。5.1管壳式换热器的介绍与选择换热设备是进行各种热量交换的设备，在斜孔式精馏塔中是必不可少的。根据换热目的可分为加热器，冷却器，冷凝器及再沸器，根据使用条件的不同，其又有多种形式与结构。按照传热方式的不同，换热器可分为：混合换热器和蓄热换热器。蓄热换热器是热量传递通过格子砖或填料等蓄热体内完成的换热器。管壳式换热器，又称为列管式换热器。凭借它坚固的结构，耐高温，高压的性能，成熟的制造工艺，较强的工艺适应性及选材范围广等优点，使其在工程所用换热设备中占据主导地位。间壁式换热器是目前工业上应用最广泛的一种换热器。管壳式换热器属于间壁式换热器的一种。由于管束和管体结构的不同，管壳式换热器又可以分为固定管板式，浮头式，填料函式，U型管式与薄管板式。固定板式换热器的结构紧凑简单，管板薄，造价低，优势非常的明显，但缺点也很致命，就是这种换热器的管束和管间很难进行清洗，所以在选用时需慎重。浮头式换热器，这个换热器结构有点特殊，它一端管板是固定的，另一端呢，则可以在这个壳体内自由移动，所以管壳与管壁之间不会产生温差应力，并且这个管束可以随时的抽出。所以对于清洗工作是非常的方便。但是这种换热器的结构非常非常的复杂。他对于金属的使用消耗量是很巨大的，所以成本以及制造难度也是非常的大。如果浮头的地方不小心发生了内漏，检查工作也是相对复杂的。因为他都是一些死角，不便于检查。如果是管束与壳体之间的间隙太大的话，还会影响传热，从而降低效率。并且浮头式换热器的使用场合也比较单一，它仅仅适用于管壳温差较大，和介质容易产生污垢的地方。填料函式换热器，这一种换热器的结构也有点特殊，它管束的一端发生可以自由膨胀。而且制造材料要更加的简单，所以成本要比浮头式换热器要便宜许多。它的优点也很明显，就是检修、清洗起来非常的方便与容易。填函处如果发生了泄漏，能够很明显的发现。但是如果壳程那里有介质发生外漏的情况，壳程中将不宜处理这一问题。并且呢，这一种换热器他不能够处理容易挥发的物质，容易着火的物质也处理不了，容易爆炸和有毒的，那更加难处理了。U型管式换热器,这一种换热器，U型管的结构相对而言还是比较的简单，因为它只由一个管板构成。但是呢，他的管程必须得要有两层。管束的清洗工作也是非常的方便的，因为它可以随时从里面取出来进行清洗。并且管子，具有一定的柔性，它可以自由地发生膨胀。但是缺点也是存在的，那就是管子的内部不好怎么去清洗，因为这个管子他的层数比较多，所以清洁起来会比较麻烦，并且管板上布置的管子比较少，管内结构不是很紧凑，有点松垮。管外的介质很容易就会发生短路的情况，这样会很容易影响到传热的效果。并且它内层的的管子比较多，如果发生损坏的情况，更换起来将会非常的困难。当壳程介质是气-液两相流体时，需要为蒸汽留有适量的空间，带蒸发空间的卧式换热器就是为考虑这种具有传热和蒸发的双重工作状态而设计的，这种卧式换热器是在壳体的上部设置一定的蒸发空间，同时兼做蒸汽室用。蒸汽室的尺寸由蒸汽性质和蒸发速度决定，液面的最低高度应比加热管管束的最上部高出约50毫米，加热管束可制成浮头式，U形管式和管壳式。该种换热器适用于压力高且建制较污浊的工况清晰，管件及维修都比较方便根据各种换热器的优缺点来分析，对于甲苯-苯溶液的蒸馏，我会选择使用U形管束带蒸发空间的卧式换热器，由于该种换热器结构简单，造价低廉，方便清洗与维修，所以非常适合于我设计的斜孔式精馏塔。5.2冷凝器冷凝器的作用是使蒸发上来的气体温度降至沸点以下，以至于蒸汽能变化成液态来进行物料的回收。冷凝器往往是管装式的，并且有足够大的空间来容纳吸收进来的气体，气体经过降温冷却之后液化变为液体来实现回收。冷凝器是这个斜孔式精馏塔中必须安装的设备之一。因为冷凝器的作用非常的强大，它能使蒸汽快速液化，从而进行回收。冷凝器的效果越好，蒸馏的工作效率就会越高。提取出来的物料纯度也就会越高。所以我们选择冷凝器的时候，不仅要考虑其安装的位置，还要选择品质精良的冷凝器，一劳永逸岂不美哉！冷凝器是非常容易被腐蚀的器械之一，所以在安装之后一定加强防腐工作，防腐工作做的好，可以提高冷凝器的使用寿命，还能大大降低我们的投资成本。冷凝器安装位置可分为：整体式、自流式和强制循环式。根据我设计的斜孔式精馏塔的特性，我会选择强制循环式的安装方式来进行冷凝器的安装，这样不仅能够有效的降低蒸汽的温度，能有效的收集液化的气体，提高工作效率。更便于日后的维修维护，清洗工作以及冷凝器的更换。5.3再沸器的介绍与选择再沸器的大小，取决于处理能力，操作条件（回流比于加料情况）以及操作方式（间歇或连续）等因素。间歇操作的再沸器比连续操作的大，冷液进料比饱和蒸汽进料的大。对于小型的塔，再沸器可直接安装在塔底，装在塔底部的再沸器的横截面要比塔体的横截面大。对于不易起泡沫的液体，釜中装液为80%，对于易起泡沫的液体，釜中装液不超过65%，为了避免带液过多，釜中液面至最低塔版的距离至少在0.5到0.7米以上。对于较大型的塔，再沸器一般安装在塔外，考虑到传热面积是决定塔弹性负荷的主要因素之一，所以设计再沸器的传热面积时，必须采用合适的传热系数。由于本次设计的精馏塔属于大型的塔器，我会采用立式的再沸器，并将其安装在塔外，以便于效率最大化，安装维修最简化。5.4塔釜隔板的介绍与选择精馏塔采用热虹吸热式再沸器，他依靠液体在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，利用这一密度差产生的产生的静压差，使液体自动地从塔底流入再沸器，加热后变成气-液混合物，然后再返回塔釜。为了使这种再沸器能稳定工作，必须使釜底内溶液层高度维持恒定，因此宜在塔釜设置垂直隔板。釜底隔板分为：部分循环式塔釜隔板，直流式塔釜隔板，平衡式塔釜隔板三大类。部分循环式塔釜隔板：优点在于允许采出侧液面波动，因为它只起缓冲作用而不影响重沸器工况，塔釜重沸器来的液相仅有一部分是循环的，另一部分溢流至采出测是不循环的。故而分离效率较高，当釜液组分的沸点差较大时，进重沸器料液的温度，会稍低与采出测的釜液温度。这种结构的的缺点是重沸器侧构成封闭循环，当物料中有固体生成时，重沸器侧易沉淀固体，造成重沸器堵塞。该结构要求最底层塔盘的降液板和隔板之间有一定的静液封高度，常取400mm，隔板上缘至塔板的距离不小于塔板间距Ht。隔板的其他尺寸可从方便检修的角度选取。直流式塔釜隔板：直流式塔釜隔板构成了一次通过型的热虹吸回路，它的优点是物料在回路中的停留时间最短，使用于热敏性物料或釜底组分沸点差较大的系统，也常用与物料易结焦的场合，然而它的操作稳定性较差。应用于物料容易自聚，结构的场合，以便取出清洗。平衡式塔釜隔板：特点是去再沸器的物料于釜底不相结合，但在隔板下部开有平衡孔，它保证了去再沸器液体的最低液位，既保证了热虹所需的最少推动力，从而可使操作稳定。本次斜孔式精馏塔我选择使用直流式塔釜隔板，结合直流式塔釜隔板的优点，更加适合甲苯与苯溶液的精馏。5.5加热蒸汽鼓泡管进料釜采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽鼓泡管壳要依据下列数据进行设计：鼓泡管上吹气孔的孔径通常为5-10毫米，各孔中心相距5-10倍孔径。吹气孔一般排列在鼓泡管的下方和侧方。全部吹气孔的总截面面积为鼓泡管截面积的1.25-1.5倍。5.6接管结构的选择进料管：当塔直径大于800毫米时，人可以直接进入塔内进行维修工作，且在物料清净不易聚合的情况下，我们通常会使用结构较为简单的进料管。如果塔直径小于800毫米，人不方便进入塔内进行维修工作，为了能方便检修，进料管应采用带外套管的可拆结构。如果发生问题的时候，就可以拆下来进行维修，不会耽误塔的正常工作。我设计的斜孔式精馏塔的设计直径是1100毫米，大于800毫米，所以我们在选择进料管的时候可以选择那种结构简单的进料管，这样即方便出现问题是维护，也可以减少更换管道的难度。出料管：当塔支座直径小于800毫米是，塔底出料管应选择结构简单的管子，这种管子内部有弯管段和法兰短节，法兰短节旁边的管壁就是原管壁，不需要再修改。当塔支座的直径大于800毫米时，出料管要采用结构较为复杂的出料管，该出料管也是有弯管段和法兰短节，但是管壁上必须在添加一小截段管来包住这根出料管，而且在出料管上要焊接三块支撑扇钢，以便讲出料管安装在引出管通道里。为了方便安装出料管，出料管外形的尺寸有严格的要求，必须要小于支座内径尺寸，引出管道直径应大于出料管法兰的外径。我设计的斜孔式精馏塔塔直径是1100毫米，属于第二种类型，所以选择的出料管结构比较复杂，如果出现问题时，维修起来可能会相对麻烦一点。进气管：但气体分布要求不高时，用简单结构式的进气管即可，当塔径较大，进气要求均匀的时候，必须使用复杂型的进器管，该进气管上要开有三个排出气的小孔。管径及小孔直径和数量，由工艺条件来决定。当蒸汽是直接加热釜液时，蒸汽会进入管安装在液面以下，管小孔是朝下方或斜下方，而一般的进气管应该安装在液面以上，小孔朝向上方或者是斜上方。5.7溢流装置的介绍以及安装方式选择塔板上的溢流装置包括降液管，溢流堰，受液盘等部件。降液管是塔板间液体流动的通道，也是溢流液中夹带的气体得以分离的场所。降液管分为圆形与弓形两种。由于本次设计的斜孔精馏塔属于大型塔，液体负荷偏大，所以采取弓形方式。此外，弓形降液管有两种形式。一种是把弓形降液管固定在塔板上，但是这种方式不适合我这种大型的精馏塔，而另一种是堰与壁之间全部区域都作为降液空间，这种方式对于本次设计的精馏塔就最为事宜，这不仅可以提高塔板的利用率，还方便制造与焊接。溢流堰的作用是维持板上有一定的液层，并使液流均匀。受液盘以及入口堰，受液盘有凹形和平形两中形式。不同型式的受液盘对液相抽出，降液管的液封与液体流入塔板的均匀性是有影响的。由于本次设计的精馏塔直径长达1100毫米，所以我会选择凹形受液盘，原因如下：凹形受液盘便于液体的侧线抽出，在液流量较低时仍可形成良好的液封，对改变液体流向有缓冲作用。6 塔设备的制造、安装及运输塔设备的制造必须根据国家制定的规定来进行制作，不能随意而行，否则很容易出现安全事故，后果将不堪设想，制造中必须根据两大原则：第一个是对材料的检验，第二个是要考虑材料的性质，在加工过程中材料受热或受冷会发生的变形。如果钢板中简层弯曲半径大于钢板厚度越二十二的时候，我们应该采取冷弯，如果弯曲半径小于等于钢板厚度二十的时候，弯卷前必须得进行加热处理。6.1制造，组装与安装至于筒体同一断面中最大内径与最小内径之差，即不圆度的要求。仅对大直径薄壁圆筒较难得到。对于外加和真空容器。他的几何形状不是正圆筒体时。其在载荷不对称。会由此引起附加的弯曲应力。显然，几何形状越不准确，受力的不对称程度越大。因此，稳定系数也应取得越大。外压及真空容器，由于客体的不圆度将引起附加应力。故对不圆度的要求比受内压的容器严格。对于大型设备弱受运输条件的限制，可分段分片制作。制造的方法也是分为两种，一种是分段制造，一种是整体制造。如果是大型塔，我们最好使用分段制造，尽管分段制造在组装时有会一定的安全隐患，而且在长途运输过程中，要求有良好的包装否则会引起塔内件松动或变形，但其优势是方便运输，对于整体制造的话，运输这一块是一个大麻烦，塔越小越好运输，但是整体制造的话，它仅适用于小型的塔，对于大型塔设备，我们尽量采取分段制造。而且如果是整体制造大型塔，抛除运输这一块的话，我们在吊装的时候也是非常困难的。因为起吊机很难满足大型塔的起吊过程。对于我制造的斜孔式精馏塔，塔高有23米，塔内径有1100毫米，属于比较偏大的塔设备了，所以我只能采用分段制造。在组装和吊装的时候，必须要考虑安全性，以及准确性，保证塔能正确组装完成，并在安装过程中不能出现任何安全事故。塔设备的安装针对制造时的两种情况，如果是分段制造，可将分段制造的塔设备分段零部件，运输至施工区进行组装。如果是针对整体制造的塔设备，可用大型汽车托运，把设备拖至施工后，直接用起吊机进行起吊安装。6.2焊接及其特点与热处理焊接方式的选择有以下三种：1：碳素钢的焊接2：低合金钢的焊接3：异种钢的焊接。在日常生活中，焊接往往有两种型式，一种是点焊，第二种是马焊。点焊呢，顾名思义就是，对焊缝进行一点一点的焊，每个焊点之间保持一定的距离。而马焊就是把整一个面全部焊满。具体要使用哪一种方法，要根据实际情况来抉择。在焊接的时候，可能会出现炸旱或者烧焊的情况，面对这种情况，我们一定要及时处理。对于一些焊接技术不是很好的工人来说，焊接的时候还会出现假焊的情况，焊缝从表面上看上去是很的完美，但实际上所焊的点并没有与母体相融合，从而造成了这一种假象。如果，我们在焊接的时候出现以上三种情况。我们一定要用铁块把汗渣给敲掉，然后重新进行焊接。每一次焊完之后，一定要检查焊缝的质量，一定要保证焊液与母体完全的融合在一起，本来把多余的焊渣给剔除掉，保证焊缝的美观。 6.3塔器的腐蚀与防腐措施腐蚀是影响塔器设备及其构建使用寿命的关键因素之一，在整个化工行业中，大约有百分之66的设备失效都与腐蚀有关联。金属是制造设备最主要的材料，由于其长时间的与强烈腐蚀介质以及各种酸，碱，盐，有机溶剂和腐蚀性气体等接触而发生腐蚀，因此对材料的要求必须具备较好的耐腐蚀性，从而降低不必要的成本。腐蚀还可以对原料和成品造成巨大损失，不仅会影响产品的质量，还会污染环境，危害人体的健康；腐蚀还可以引发设备发生爆炸，使设备遭到破坏而影响生产，造成巨大的经济损失甚至危机人的生命安全。所以使用正确的材料以及采用合理的防腐措施是非常有必要的，这对于化学工业的发展有着非常巨大的意义。腐蚀问题我们必须严格地重视，因为腐蚀带来的危害实在是太大了，他不仅仅会降低设备的寿命，甚至还可能会带来一定的危险。尤其是铁钢制设备，被腐蚀之后，不仅维修起来特别的麻烦，如果是要更换，那样所需的成本不可想象。所以我们必须加以重视。我们不仅仅可以采用耐腐蚀性强的材料，还可以采取一定的保护措施。从而，延长设备的使用寿命，以及提高设备的工作效率，降低我们的投入成本。如