化工原理课程设计 塔结构设计及零部件选取.doc

南京工业大学 化工原理课程设计5.塔结构设计及零部件选取 5.1塔径计算5.1.1气相密度 V = P顶M /(RT顶)=0.016126.58710610-3/8.3143(99.5252+273.15)=0.6536615 kg/m3 P顶=120 mmHg = 0.016 MPa T顶- K M- 平均分子量5.1.2 CY型填料的泛点当量气速WLF = 2.2 m/s 在操作条件下75%液泛时气速:WG = 0.75 WLF (1.2/V)0.5=0.752.2(1.2/0.6537)0.5=2.2356m/s5.1.3. 最佳动能因子 F=WG (V)0.5=2.23560.65370.5=1.80755.1.4.塔径计算DT=0.053 (化学工程手册第13篇)=0.053=0.4428m V-塔顶蒸汽摩尔流率，kmol/h; M-塔顶混合蒸汽分子量；T-塔顶温度，K; P-塔顶压力，mmHg。 计算得DT=0.4428m, 选用8mm钢板卷制成内径为500mm的塔节，圆整后进行处理能力校核。（查化工工艺设计手册）5.1.5塔处理能力校核V=(DT/DT)2V=(0.5/0.4428)2 6.3636=8.1139 kmol/h 5.2填料层及塔节分段、塔的总高度 精馏段高度：精馏段理论板数N1=29块 29/5=5.8m分3个塔节，3个塔节都为2500mm，其中2000mm为填料层，500mm为液体再分布器等。此时，精馏段为7500mm。 提馏段高度：提馏段有N2=21块 21/5=4.2m分3个塔节，其中每个塔节为2000mm，其中1500mm为填料层，500mm为液体再分布器等。此时，提馏段为6000mm。塔的顶部空间（指塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离）：塔顶封头为100mm，为了减少塔顶出气口气体的夹带的液体量，顶部空间取1500mm。顶部装有液体分布器和除沫器。进料空间为了调节进料管的进料位置，用3个进料口，在每个进料口下面加一个500mm的填料，在每个填料上方都加喷淋装置使液体分布均匀，进料口高度为200mm。此时，进料空间为2100mm。塔的底部空间高度由于釜液需停留时间h（15%h填料）=0.1512=1.8m 取h=2500mm支柱高度塔底由裙座支撑 H/DN=19.6/0.5=39.225 选用圆形座圈2000mm塔高H=7500+6000+1500+2100+2500+2000=21600=21.6m5.3筒体厚度和封头厚度 筒体：DT=500mm800mm，采用单面自动焊或手工焊并作局部透视，取 =0.85。选取8mm，Q235-B钢板作外压校核计算，负偏差C1=0.8mm，腐蚀余量C2=1mm。C=C1+C2=1.8mme=n-C=8-1.8=6.2mmL=21600-2000-200+（2/3）100=19466.67mmD0=Di+2n =500+28=516 mmL/D0=19466.67/516=37.73D0/e =516/7.2=71.67查图（化工设备机械基础） A=0.000122t=99.52520.1 MPa选用材料为Q235-B，厚度为8mm的钢板卷制筒体。 封头为了和筒体配合，选用Q235-B，8mm钢板试算。e=6.2 mm对于标准椭圆形封头，取R=0.9Di=0.9500=450mmA=0.125e/R=0.1256.2/450=0.00172查图得 B=135 MPaP=Be/R=1356.2/450=1.86 MPa0.1 MPa用8mm钢板冲压封头，封头深度为100mm。 5.4塔体结构设计1塔体结构 筒体制造：选用Q235-B，厚度为8mm的钢板卷制，分节制造，法兰连接。 法兰选用：P1.6 MPa，T300，选用甲型平焊法兰JB4701-92。由于物料是低压，无毒，选用平面密封面。2填料层及塔节分段螺柱：M16 20个垫片：耐油石棉橡胶板 外径D=439mm，内径d=403mm，厚度=3mm。封头选用：选用椭圆形封头 Dg5009，JB1154-73公称直径Dg 曲面高度M 直边高度h 内表面积F 厚度mm500 125 25 0.223 8 5.5 零部件选取1. 接管口选取塔顶蒸汽管出口 n=(6.3636103)/3600=1.7677mol/s 体积V =nRT/P=1.76778.3143(99.5252+273.15)/0.016106=0.3423m3/s取u=20 m/s D=0.1477m=147.7mma 选用普通无缝钢管2 (YB231-70) DN=150mm D外=159mm =4.5mm L=200mm m=3.4053Kgb. 选用板式平焊法兰3 HGJ45-91 如前图D=265mm K=225mm L=18mm n=8六角头螺栓、螺柱 Th=M16 螺栓l=70 螺柱l=90密封面 d=202mm f1=3mm B=161mm法兰及法兰盖厚度 20mmc. 选用橡胶石棉垫片4外径 202mm 内径159mm 厚度2mm 进料管：以第30块板为进料板已知进料温度：tF=106.9519查前表得：OCT 100=1.007 g/cm3 OCT 110=0.9977 g/cm3OCT=(0.9977-1.007)/(110-100)(106.9519-100)+1.007=1.0005 g/cm3PCT100= 0.9963 g/cm3 PCT110= 0.9870 g/cm3PCT =(0.9870-0.9963)/10(106.9519-100)+0.9963= 0.9898 g/cm3m =OCTxf+PCT(1-xf)=1.00050.4+0.98980.6=0.99408 g/cm3=994.08 kg/m3F = (FM)/m=(0.9875126.587)/(994.083600)=3.49310-5 m3/s取u=1m/s DF = =6.67110-3 m = 6.671 mma 选用普通无缝钢管2 （YB231-70） DN=10 mm D外=14 mm =3 mm L=600 mm m=0.3527 Kgb 选用板式平焊法兰3 HGJ45-91 法兰外径 D=75 mm 螺栓孔中心圆直径K=50 mm螺栓孔直径L=11 mm 螺栓孔数n=4六角头螺栓、螺柱、螺纹Th=M10 螺栓长度l=45 mm 螺柱长度l=45 mm密封面突面d=35 mm 突出高度f1=2 mm 法兰内径B=15 mm法兰及法兰盖高度为12 mmc 选用石棉胶板垫片4 （HGJ69-91）外径 35 mm 内径 14 mm 厚度1.5 mm回流液体管 Tl=99.5252OCT,100=1.007 g/cm3 OCT,90=1.017 g/cm3OCT =(1.007-1.017)/10(99.5252-90)+1.017=1.0075 g/cm3PCT,100=0.9963 g/cm3 PCT,90=1.006 g/cm3PCT =(0.9963-1.006)/10(99.5252-90)+1.006=0.99676g/cm3m=OCT xD+PCT (1-xD)=1.00750.8+0.996760.2=1.00535g/cm3L = ML/m1033600=(126.5876.0345)/( 1.005351033600)=2.110610-4 m3/sD = 1.639710-2 m=16.397mma 选用普通无缝钢管2 (YB231-70)DN=20 mm D外=25 mm =3 mm L=500 mm m=0.815 Kgb 选用板式平焊法兰HG20592 法兰外径D=90 mm 螺栓孔中心圆直径K=65 mm 螺栓孔直径L=11 mm 螺栓孔数量n=4 螺纹Th=M10 法兰厚度C 14mm 法兰内径 B=26 mm 法兰理论重量 0.60 kgc 选用橡胶石棉垫片HG20592 D外=90 mm D内=27 mm =1.5 mm塔底出料管 TB=111.1698OCT110= 0.9977 g/cm3 OCT120= 0.9881 g/cm3OCT = (0.9881-0.9977)/10(111.1698-110)+0.9977= 0.9966 g/cm3PCT110 = 0.9870 g/cm3 PCT120 = 0.9777 g/cm3 PCT = (0.9777-0.9870)/10(111.1698-110)+0.9870= 0.9859g/cm3m = OCTxw+PCT(1-xw)=0.99660.2+0.98590.8=0.9880g/cm3W = Mw/3600m103= (126.5870.658333)/(36000.9880103)= 2.34310-5m3/sD= =5.46310-3 m = 5.463mma 选用普通无缝钢管2(YB231-70)DN=10 mm D外=14 mm =3 mm L=400 m= 0.2351Kgb 选用板式平焊法兰3 HGJ45-91D=75 mm K=50 mm L=11 mm n= 4 六角头螺栓、螺柱、螺纹Th=M10 螺栓l=45 mm 螺柱l=45 mm 密封面d=35 mm f1=2 mm B=15 mm 法兰及法兰盖厚度为12 mmc 选用橡胶石棉垫片4(HGJ69-91) D外= 35 mm D内= 14 mm = 1.5 mm 塔釜蒸汽进口管P底= 170.00148mmHg =2.2659104PaN= V/3600 = 6.3866103/3600 = 1.7741V = nRT/P=1.77418.3143(111.1698+273.15)/2.2659104=0.2502m3/su= 20 m/sD= =)= 0.1262 m= 126.2 mma .选用普通无缝钢管2(YB231-70)DN=150 mm D外=159 mm =4 .5mm L=200 mm m=3.43 Kgb .选用板式平焊法兰HG20592 法兰外径D=265 mm 螺栓孔中心圆直径K=225 mm 螺栓孔直径L=18 mm 螺栓孔数量n=8 螺纹Th=M16 法兰厚度C20mm 法兰内径 B=161 mm 法兰理论重量 5.14kgc .选用橡胶石棉垫片HG20592 D外=265 mm D内=169 mm =1.5 mm2. 其它 液体分布装置（回流，进料）l 回流液体分布器本设计选用莲蓬头喷洒器，莲蓬头一般用于直径在600mm以下的小型填料塔，其安装位置与填料层上表面的距离，通常为（0.51）DN。本设计莲蓬头安装在与填料层上表面的距离为300mm处。 莲蓬头直径d=0.25DN=125mm喷洒半角=40小孔直径=6mm弯曲直径R=2.5DH =2.517.717=44.29mm(DH为回流管外径)l 进料液体分布器3本设计采用直管多孔式喷洒器。孔径=5mm，共3排。小孔面积之和约与管截面积相等，小孔数 n=d2/de2=102/52=4个 液体再分布装置3当液体沿填料层由上向下流动时，常拌有液体在填料层内由中心向四周的横向流动发生，结果使得靠近塔壁的区域液体流量增大，而在塔的中心区域液体流量减少，为使流向塔壁的液体能重新流回塔中心部位，一般在流体流过一定高度的填料层装置一个液体再分布器。本设计选用分配锥，分配锥结构简单，它是小型填料塔（如直径小于1m）上常用的一种液体再分布器。其典型结构如下图： D1=0.7DN=0.7500=350 mmH=0.2DN=0.2500=100mm锥厚=4 mm 栅板及支承圈3DN=500500 mm 采用整块式栅板塔径填料环直径栅板支承装置允许装填填料高度DN25Rhst支承圈宽厚筋板数目50024030625406010DN 丝网除沫器4丝网除沫器用于分离塔体中气体夹带的液滴，用以保证传质效率，还可减少板间距。t=99.5252 XD=80%L=1.00535g/cm3 V=0.6536615 kg/m3 k=0.116V = = 0.116 = 4.5476 m/sQ = MV/(v3600)= 126.5874.6576/(0.65373600)= 0.2505 m3/sD = =0.2649m采用不锈钢丝网1Cr18Ni9Ti HG5-1406-81-50 H=150mm规格为140-400型 金属丝 0.10.4 mm6.辅助设备选用6.1. 进料预热器6.2. 全凝器冷却水用量 W水= 8495.69 kg/h考虑到10%的热损失，取冷却水用量W水=W(1+10%) = 8495.69 1.1 =9345.259 kg/hK= 200 kcal/(m2h)= 836.82 kJ/(m2h)tm=(99.5252-30)-(99.5252-40)/ln(99.5252-30)/ (99.5252-40) =64.3958 Ac= Qc/Ktm= 35.461104/(836.82 64.3958) = 6.581m2选用重力回流卧室冷凝器，其运转费用相对较少，结构紧凑，配管容易，适用小量生产。6.3. 再沸器4蒸汽用量 W汽=