分馏塔设计1.doc

辽宁石油化工大学继续教育学院论文分馏塔设计摘 要本篇论文是分馏塔的常规设计。塔设备在当今石油化工企业中成为重要装置之一。设计将从以下几个方面进行论述：说明部分，设计计算部分，原理及XX塔体焊接工艺设计和外文翻译部分。说明部分是确定钢材的选取，有关零件的结构尺寸和有关制造检验方法；而对XX塔体的焊接结构的设计，工艺，焊接方法及焊后处理为说明重点。本设计过程均严格遵守GB150-1998钢制压力容器和JB4710-2005钢制塔式容器进行，对该塔进行了强度、刚度、稳定性的校核。此外，根据世纪的要求，还相应的完成了原部件图、总装图及外文翻译。今后，随着科学技术的飞速发展，塔设备在石油化工企业中占有越来越重要的地位。同时，将对塔设备有更高的要求，在设计方面要求更加合理，结构简单，使用方便。所以，在未来，压力容器技术将会取得更大的进步以适应石油化工生产的需要。关键词：常规设计，校核，安全2The design of fractionating towerAbstractThis paper is the conventional design of fractionating tower. Tower equipment become one of the important devices in todays petrochemical enterprises. Design will be carried out on the following areas: Description of the calculation part and the part of theory and foreign language translation. That part is to determine the selection of steel, the size and structure of parts of the manufacturing test; on the head, cylinder, to strengthen the circle, wind load, earthquake load, natural cycles, such as group Block is a key part of the calculation. The design process are strictly adhered to GB150-199Steel Pressure Vesselsand JB4710-2005 steel tower vesselin the tower of strength, stiffness, stability of calibration.Furthermore, in accordance with the requirements of the century, but also the completion of the corresponding parts of the original map, assembly plans and foreign language translation.In the future, as the rapid development of science and technology, tower equipment, petro-chemical enterprises in the increasingly important position occupied. At the same time,the tower equipment will have greater demands, in terms of design requirements are more reasonable, simple structure and easy to use. Therefore, in the future, pressure vessel technology will achieve greater progress in order to adapt to the needs of petrochemical production.Key words：Conventional Design，Checking，Safe目录摘要 Abstract1.说明部分11.1塔设备在化工生产中的作用和地位11.2 设计概述21.3对塔设备的要求31.4塔设备的构造41.5板式塔的分类51.6 塔选型81.7 选材92.设计计算部分 112.1设计条件 112.2设备材料的选取，设计参数的确定 112.3设计计算说明书12总结 27谢辞 28参考文献 292.XX塔体结构的焊接生产工艺（重点写）2.1XX塔体结构生产准备（购进材料、材料规格等、辅助工艺装备）2.2下料、划线等2.3结构装配3 塔结构的焊接工艺（简写）4 塔结构的焊后处理及检验（简写）5 总结致谢（150字）参考文献（10个以内，注意格式）1.绪论1.1塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质传热的目的。可在塔设备中进行的常见的单元操作有：精馏、解吸、吸收和萃取等，此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。在石油、化工等生产过程中，常常需要将混合物质（气态或液态）分离成为较纯的物质，通常采用精馏、吸收、萃取等方法。这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程，它们大多是在塔设备内部进行的。塔类设备的型式种类繁多，用途广泛，是完成炼油加工过程或其他化工生产过程的主要场所。塔设备一般都具有庞大的外形，设备直径最多可达十多米，高度达数十米，金属重量达数百吨，通常安装在露天。目前石油炼厂和化工生产装置中，塔设备的投资费用占整个工艺费用的25.39%.塔设备所耗用的钢材重量在各类工艺设备中所占的比例也较多，例如在年产250万吨常减压炼油装置中好用重量占62.4%，在年产60至120万吨催化裂化装置中占48.9%。因此，塔设备的设计和研究，对石油、化工等工业的发展起着重要的作用。目前石油炼厂中应用最多的塔设备是各种分馏塔，也叫精馏塔。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度。即在同一温度下，各组分的饱和蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，汽相中的重组分转移到液相中，从而达到分离的目的。因此精馏塔操作的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益在化工厂、石油化工厂和炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响，据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例，（见表1-1），它所消耗的钢材重量在各类工艺设备中也属较多（见表1-2），因此，随着石油化工的迅速发展，塔设备的设计和研究受到化工、炼油等行业的极大重视。 表1-1化工生产装置中塔设备所占投资比例装置名称塔设备化工和石油化工煤油和煤化工人造纤维药物和制药油脂工业油漆和涂料橡胶25.39%34.85%44.90%9.87%20.49%11.40%15.11%表1-2化工生产装置中塔设备所占的质量比例化工装置名称塔设备质量所占百分比化工设备名称塔设备质量所占百分比250万吨/年常压蒸馏250万吨/年常减压蒸馏60万吨及120万吨/年催化裂化11.5万吨及30万吨/年乙烯16.945.548.925.028.37万吨及6万吨/年芳烃抽提10万吨/年苯4.5万吨/年丁二烯 8万吨/年氯乙烯21.027.138.354.033.31.2对塔设备的要求作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气液两相充分接触，以获得较高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求：（1） 生产能力大。在较大的气液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。（2） 操作稳定、弹性大。当塔设备的气液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连续操作。（3） 流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低经济操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。（4） 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。（5） 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作，调解和检修。事实上，对于现有的任何一种塔型，都不可能完全满足上述的所有要求，仅在某些方面具有独到之处。人们对于高效率大生产能力，稳定操作和低压力降的追求，推动着塔设备新结构型式的不断出现和发展。1.3塔设备的构造在石油加工工业中，分馏塔是必不可少的设备，它的作用是把含有多种沸点不同的烃类按沸点的高低进行分段或分离。这种分离效率的高低主要由塔身的层数和塔板的结构来决定。目前炼油厂精馏塔的塔板有多种类型，但无论哪一类型，都包括有四个基本部分：每一塔板都有特制的一些开孔，可供下一层塔板上升的蒸汽从中穿过；每一塔板上都有高度的溢流堰，以保证塔板上有足够厚的液层；每一塔板上都有溢流管，可供塔板上液体流向下一层；塔板上有足够的面积和特殊的结构，供蒸汽和液体之间充分接触，以完成质和热的交换。塔设备的构造主要包括以下几个主要方面：(1) 塔体 塔体是塔设备的外壳。常见的塔体石油等直径等壁厚的圆筒合作为头盖和帝盖的椭圆形封头所组成。随着化工装置的大型化，渐有采用不等径的不等壁厚的塔体。塔体满足的工艺条件（如温度，压力，塔径和塔高等）下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所引起的强度刚度问题，以及吊装，运输，检验，开停工等的影响。对于板式塔来说，塔体的不垂直度和弯曲度，将直接影响塔盘的水平度（这指标对板式塔效率的影响是十分明显的），为此，在塔体的设计zhon，制造，检验，运输和吊装等环节中，都应严格保证达到有关要求，不使其超差。(2) 塔体支座 塔体支座是塔体安放到基础上的连接部分，它必须保证塔体坐落在确定的位置上进行正常的工作。为此，它应当具有足够的强度，能承受各种操作情况下的全塔重量，以及风力，地震等引起的载荷。最常用的塔体支座是裙式支座（简称为裙座）。(3) 除沫器 除沫器用于捕集夹带在气液中的液滴。使用高效的除沫器，对于回收贵重物料，提高分离效率，改造塔后设备的操作状况，以及减少对环境的污染等，都是非常必要的。(4) 接管 塔设备的接管是用以连接工艺管路，把塔设备与相关设备连成系统，按接管的用途，分为进液管、出液管、进气管、出气管、回流管、侧线抽出管和仪表管等。(5) 人孔和手孔 人孔和手孔一般都是为了安装，检修检查和装填填料的需要而设置的。在板式塔和填料塔中，各有不同的设置要求。(6) 吊耳 塔设备的运输和安装，特别是在设备大型化后，往往是工厂基建工地上一项举足轻重的任务。为吊装方便，可在塔设备上焊以吊耳。(7) 吊柱 在塔顶设置吊柱是为了在安装和检修时，方便塔内件的运送。1.4板式塔的分类板式塔的种类很多，通常可按如下分类： 按塔板的结构分有泡罩塔，筛板塔，浮阀塔，舌形塔等，应用最早的是泡罩塔和筛板塔，20实绩0年代后期开发了浮阀塔，目前应用最广泛的板式塔是筛板塔及浮阀塔，一些新型的塔板仍在不断的开发和研究。a) 筛板塔筛板塔也是很早出现的一种板式塔。筛板塔盘的结构简单，就是在钢板上钻许多三角形排列的直径为3至8毫米的小孔。气流从小孔中穿出吹入液体鼓泡，液体则横流过塔盘从降液管中流入下一层塔盘。这种塔盘开孔率较大，生产能力也较大，气流没有拐弯，压力降较小。塔盘上无障碍物，液面落差较小，鼓泡较均匀。塔盘造价较低，安装维修都较容易，但它的操作弹性小气流负荷变小时，就易泄漏，效率下降，小孔易堵塞。不易处理脏的，黏性大的和带固体粒子的物料。b) 浮阀塔浮阀塔大体分两类：一类是盘状浮阀。一类是条状浮阀。盘状浮阀是在塔板上开有圆孔，浮阀分别用三条支腿或用十字架，安装在塔盘孔上。条状浮阀是带支腿的长条片，塔板上开长条孔，浮阀装在长条孔上。浮阀塔盘操作时，蒸汽自阀孔上升，顶开阀片，穿过环形缝隙，以水平方向吹入液曾，形成泡沫。浮阀能够随着气速的增减在相当宽广的气速范围内自由调节、升降，以保持稳定操作。 按气液两相流动方式分：有错流板式塔和逆流板式塔，或称有降液管的塔板和无降液管的塔板。 按液体流动形式分：有单溢流型和双溢流型等，单溢流型塔板应用广泛，它的结构简单，流体行程长，有利于提高塔板效率，但当塔径或液量大时，塔板上液位梯度较大，导致气液分布不均或降液管过载。双溢流塔板宜用于宜用于塔径及液量较大时，液体分流为两段，减小了塔板上的液位提督，也减少了降液管的负荷，缺点是降液管要相间的置于塔板的中间或两边，多占了一部分塔板的传质面积。其中，泡罩塔是工业应用最早的板式塔，而且在相当长的一段时期内是板式塔中较为流行的一种塔型。随着化学和石油化学工业的迅速发展，生产对塔设备提出了越来越高的要求。从20世纪50年代以来，由于各种新型塔板的出现，泡罩塔已几乎被浮阀塔河筛板塔所代替。泡罩塔的优点是操作弹性大，因而在负荷波动范围较大时，仍能保持塔的稳定操作及较高的分离效率；气液化的范围大，不易堵塞等。其缺点是结构复杂、造价高、气相压降大、以及安装维修麻烦等。目前，只是在某些情况如生产能力变化大，操作稳定性要求高，要求有相当稳定的分离能力等要求时，可考虑使用泡罩塔。浮阀塔是20世纪50年代前后开发和应用的，并在石油、化工等工业部门代替了传统使用的泡罩塔，成为当今应用最广泛的塔型之一，并因具有优异的综合性能，在设计和选用塔型时常是被首选的板式塔。浮阀塔塔盘上开有一定形状的阀孔，孔中安装了可在适当范围内上下浮动的阀片，因而可适应较大的气相负荷的变化。阀片的形状有圆形、矩形等。筛板塔也是应用历史较久的塔型之一，与泡罩塔相比，筛板塔的结构简单，成本低(比泡罩塔减少40%左右)，板效率提高10%15%，安装维修方便。自20世纪50年代起，对于筛板的效率、流体力学及漏液等问题进行了大量的研究，在理论及实际上获得了成熟的经验，使筛板塔成为应用较广的一种塔型，近年来，发展了大筛孔（孔径达2025mm），导向筛板等多种筛板塔。无降液管塔，无降液管塔是一种典型的气液逆流式塔，这种塔的塔盘上无降液管。但开有栅缝或筛孔作为气相上升和液相下降的通道。在操作时，蒸汽由栅缝或筛孔上升，液体在塔盘上被上升的气体阻扰，形成泡沫。两相在泡沫中进行传热与传质。与气相密切接触后的液体又不断从栅缝或筛孔流下，气液两相同时在栅缝或筛孔中形成上下穿流。因此又称为穿流式栅缝或筛孔塔。导向筛板塔，导向筛板塔是在普通筛板塔的基础上对筛板作了两项有意义的改进：一是在塔盘上开有一定数量的导向孔，通过导向孔的气流对液流有一定的推动作用，有利于推进液体并减小液面梯度；二是在塔板的液体入口处增设了鼓泡促进结构，也称鼓泡促进器，有利于液体刚进入塔板就迅速鼓泡，达到良好的气液接触，以提高塔板的利用率，使液层减薄，压降减小。与普通筛板塔相比，使用这种塔盘，压降可下降15%，板效率可提高13%左右，可用于减压蒸馏和大型分离装置。斜喷式塔，一般情况下，塔盘上气流垂直向上喷射（如筛板塔），这样往往造成较大的雾沫夹带，如果使气流在盘上沿水平方向或倾斜方向喷射，则可以减轻夹带，同时通过调节倾斜角度还可以改变液流方向，减小液面梯度和液体返混.1.5 选材材料是构成化工设备的物质基础，化工成产工艺的复杂性决定了化工设备用材料的广泛性，但使用量最多的还是各种钢材。要确保化工设备安全可靠的运行就必须对其所用的钢材有较为全面的、综合的认识，不仅要熟悉钢材的常规性能，也要了解设备在特殊条件下，如高温、低温、特殊介质下长周期运行，对材料的特殊要求，以便合理地选用材料。化工设备的主体是一个承受压力的容器，压力的容器是一种特殊的设备，所以材料选用主要是针对压力的容器而言。本设计满足其特定的工艺要求，能够在规定的工作条件下，即规定的压力和温度条件下去实现气液相密切接触而进行传质传热，两相组分可成阶梯式变化。本文严格按照GB150-1998中的材料要求选材。塔设备作为基本的压力容器，其基本要求反映在它的质量上，而质量是通过适用性，可靠性，安全性，耐久性和经济性等质量特性表现的。针对不同的要求，各有所侧重，保证塔设备的安全性最为突出，在此基础上，充分考虑其他方面的要求，而经济型则是市场的法则，因为没有经济效益和社会效益的产品就没有市场。为了确保塔设备的使用特征和安全可靠性，正确的选用和合理的加工材料是必要的基础。在熟悉了钢材的常规性能，塔设备的特定条件，对材料的性能要求基础上，本文采用20R，20R使用历史悠久，价格廉价，来源广泛，且20R在优质碳素钢20钢基础上发展起来的容器用钢，既保证力学性能又保证化学成分。 3.XX塔体结构的焊接生产工艺总结在经历了毕业设计后，我初步地掌握了对化工设备相关的设计、计算及其校核的步骤方法。并且通过对塔厚