60吨纯苯项目精馏塔设机械设计_王胜.doc

湖北民族学院2020/1/20湖北民族学院化工机械与设备课程设计题 目:年产60万吨纯苯项目精馏塔机械设计 系 别: 化学环境与工程学院 专 业:_ 应用化学 学 号: 041040528 姓 名: 王胜 2012年11月 24日目录一、概述31.1 精馏过程对塔设备的要求31.2 选择浮阀塔的依据31.3 精馏塔的设计步骤41.4 工艺条件4二 材料选择4三 按设计压力计算筒体和封头厚度，确定裙座厚壁。43.1塔筒体壁厚计算43.2封头壁厚计算53.3确定裙座壁厚5四、载荷计算54.1塔重54.2风载荷计算及风力矩6五、各种载荷产生的轴向应力计算6六、 塔体的强度及轴向稳定性验算76.1塔体1-1截面抗压强度和轴向稳定性验算76.2塔体1-1截面的抗压强度计算7七、 裙座的强度及稳定性验算87.1座底部0-0截面轴向应力计算87.2 裙座焊缝强度验算8八 、水压试验时塔的强度和稳定性验算88.1 塔件1-1面强度校核88.2 塔体H截面最大轴向拉应力验算98.3 塔体H截面最大组合轴向压应力验算98.4 裙座底部0-0截面的强度与轴向稳定性验算9九、基础环设计109.1 基础环的内径计算109.2 混凝土基础强度校核109.3 基础环厚度设计11十、地脚螺栓强度设计12附表13总结13参考文献14一、概述 1.1 精馏过程对塔设备的要求 精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求： 气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 塔内的滞留量要小。 实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些独特的优点，设计时可根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。1.2 选择浮阀塔的依据 常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，本方案主要是采用浮阀塔。因为浮阀塔具有以下优点：1生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力比泡罩塔板大 20%40%，与筛板塔接近。2操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。3塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。4气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。5塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%，但是比筛板塔高 20%30% 。近几十年来，人们对浮阀塔的研究越来越深入，生产经验越来越丰富，积累的设计数据比较完整，因此设计浮阀塔比较合适。1.3 精馏塔的设计步骤本设计按以下几个阶段进行：（1） 设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的操作条件及其材质的选取等进行论述。（2） 塔设备设计：计算塔板各主要尺寸计算，进行各种载荷的校核计算。（3） 抄写说明书。（4） 绘制精馏塔的机械设备图。1.4 工艺条件本设计任务为用一常压连续精馏塔分离含苯40%（质量分数）的苯-甲苯混合液，采用连续精馏流程，生产年产60吨纯苯。分离要求=99.5%（摩尔分率）, =2%(摩尔分率)。进料状态为饱和液体，回流比为R=3.5平板压降=0.7kPa塔顶压力4kPa(表压)设计加热蒸汽压力 P=0.11MPa设计温度 T=81设计风压值 300Pa保温层厚度 100mm安装在恩施地区 地震强烈度在六度以下二 材料选择设计压力属于低分压分离设备，一类容器。介质腐蚀性未提特殊要求，设计温度T=81，温度不高，介质腐蚀性弱，所以选20R钢作为塔体材料，裙座材料选Q235钢。三 按设计压力计算筒体和封头厚度，确定裙座厚壁。3.1塔筒体壁厚计算由 （1）查表T=81时，20R的许用应力为133MPa，（双面对接焊，局部无损伤），,取C1=0.8mm，(估计筒壁厚度在616mm),介质为水腐蚀裕量取=2mm。由已知条件C2=4mm, ,则圆整后取塔体壁厚,3.2封头壁厚计算采用标准椭圆形封头,则圆整后取与筒体相同的厚度,即3.3确定裙座壁厚裙座取与筒体封头相同的厚度：即四、载荷计算4.1塔重塔体重量n层内部重量载荷保温层重量载荷（保温层厚度为100mm）平台重量载荷由工艺条件知，本塔只需开两个入口，在入孔处设平台，n=2（平台重500kg，斜梯重80kg）=1160kg物料重量载荷=1530kg附件重量载荷（含裙座）=450kg冲水重量载荷=kg故操作时重量载荷Q= （2） =3082+1017+984+1160+1530+450 =8223kg水压试验时塔用重量最大，即+=21788kg （3）设备安装时重量载荷最小 =4692kg （4）4.2风载荷计算及风力矩由风载荷 P= （5） =0.7,由塔高，塔经估取=1.6,由表查得恩施地区 =值如下: 0-5m段，查表得 5-7.8m段，查表得m塔体有效直径 （6）取，其最大值为计算塔段7.8m中有一层平台，平台面积0.5，则为简化计算偏安全计，取塔体各段风力0-5mm段, （7）5-7.8段 塔体底部（1-1截面）弯矩 （8）裙座底部（0-0截面）弯矩P=五、各种载荷产生的轴向应力计算塔体与裙座连接处（1-1截面）由设计压力引起的轴向力 （9）由最大弯矩引起的轴向力 （10）由重量载荷引起的轴向力 （11）裙座底部（0-0截面） 六、 塔体的强度及轴向稳定性验算6.1塔体1-1截面抗压强度和轴向稳定性验算 （12）查表 ，由于因此塔底1-1截面满足抗压强及轴向稳定条件6.2塔体1-1截面的抗压强度计算 （13）满足抗压强度条件上述各项证明塔体厚度可以满足整个塔体的强度，刚度及稳定性要求。七、 裙座的强度及稳定性验算7.1座底部0-0截面轴向应力计算 （14）查表得，即满足强度及轴向稳定性验算7.2 裙座焊缝强度验算 （15）故 满足裙座焊缝强度条件八 、水压试验时塔的强度和稳定性验算8.1 塔件1-1面强度校核由 （16）查表 =245MPa ,=113MPa塔高取7.8m,取=0.078MPa（17）故满足强度条件要求。8.2 塔体H截面最大轴向拉应力验算 （19）代入数据 （20）满足抗拉强度条件要求8.3 塔体H截面最大组合轴向压应力验算 （21）代入数据 （22）满足抗压强度和轴向稳定性条件要求。8.4 裙座底部0-0截面的强度与轴向稳定性验算 （23）查表得代入数据：满足强度和轴向稳定性条件要求。九、基础环设计9.1 基础环的内径计算外径： （24）内径： （25）9.2 混凝土基础强度校核正常操作时： （26）Ra为查表所得标号为100的混凝土许用应力水压试验时 （27）因此混凝土基础满足强度的要求。9.3 基础环厚度设计采用n=20个均布的地脚螺栓，将基础环固定在混凝土基础上，基础环上筋板（设厚度为）则基础环上筋板间的距离为： （28）基础环的外伸宽： （29）两筋板间基础环不分长宽比：由查表得基础环也采用钢，其厚度为：取十、地脚螺栓强度设计塔设备作用在迎风侧基础上的最小应力由公式： （30）由于为拉应力，设备可能翻到，必须安装地脚螺栓，若材料选用16Mn,取并考虑腐蚀，取腐蚀裕度，则根据公式 查表知可选M24的地脚螺栓。 连续精馏塔流程流程图 连续精馏流程附图附表 表 浮阀塔机械设计计算结果项目数值与说明备注塔径1.2m塔高7.8m塔体厚度7mm20R封头厚度7mm16MnR塔器的操作质量m08223kg塔器的最大质量mmax21788kg塔器的最小质量mmin4692kg裙座底部截面的轴向应力23.34焊缝承受的组合拉应力28.73基础环板内径1408基础环板外径1008基础环板厚度22Q235钢地脚螺栓(个)2016MnR总结 石油、化工等工业部门，经常应用精馏、吸收、萃取等过程，这些过程多数是在塔设备中进行的，因此，塔设备是这些工业中的常见设备。进行塔设备的机械设计，在保证满足工艺条件的前提下，应使设备具有足够的强度、刚度和稳定性，而且还要考虑易于制造，便于安装、使用和检修。这次机械设备课程设计，可以说是成功的，没有很大的错误。经过这次的课程设计，让我知道了，浮阀塔优点，从这次实验中，我更深入理解了浮阀塔。此次设计的心得有以下几点：1、数据必须自己查，自己计算，并且尽可能保证数据的同一来源。2、对各公式的单位必须清楚，否则必然导致严重错误。3、对设计来说，耐心和细心同样重要，缺一不可。4、出现问题要认真找出症结所在，再根据理论调节各参数的取值范围以达到要求。5、对课本上的知识要很熟悉，否则将要花更多的时间完成设计。6、通过这次的化工机械的设计，使我明白化