毕业设计-----苯－氯苯精馏系统的设计（含装配图）.doc

化工课程设计说明书 第 60 页 共 60 页1. 化工课程设计任务书1.1 设计题目：苯-氯苯精馏系统的设计精馏塔设计1.2 设计任务：1、处理能力：200000吨/年；2、进料组成：氯苯含量35（质量，下同）；3、工艺要求：氯苯纯度为99.8，塔顶氯苯含量不高于2；4、操作条件：常压,泡点进料；5、设备型式：浮阀塔1.3 设计内容： 1、设计方案的确定和流程的说明； 2、精馏塔的工艺设计 3、精馏塔的结构设计 4、精馏塔的强度设计 5、其他主要设备的选型1.4 设计要求： 1、设计说明书一份； 2、设计图纸： a、工艺流程图一张（采用AutoCAD绘制）； b、主要设备总装配图一张（A1）； 3、答辩。1.5 设计完成时间 2007.9.12007.9.262 精馏塔的工艺设计2.1 设计方案的确定本设计的任务为分离苯氯苯混合物，采用浮阀塔进行连续精馏分离；加料方式采用泵加料，先经过原料预热器，用水蒸气加热至泡点进料；塔顶安装全凝器，用冷却水冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐；回流方式采用重力回流；取操作回流比为最小回流比的2 倍；塔底采用间接蒸气加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.2 全塔物料衡算系统的物料衡算使进入系统原料及其他物料与排出装置的产品及其他物料消耗量达到质量平衡，这是设计最基本的要求，也是检验生产是否正常的基本方法。(1) 原料液及塔顶、塔底摩尔分率原料液中轻组分质量分数为65的摩尔分率：塔顶轻组分质量分数为98的摩尔分率： 塔底轻组分质量分数为0.2的摩尔分率: (2) 原料液、塔顶、塔底产品的平均摩尔质量原料液：kg/kmol塔 顶：塔底：(3) 物料衡算F=20万吨/年，工作日为300天，每天24小时连续进行进料量： 物料衡算式为： 式中 D塔顶液相产品，kmol/s； W塔底产品，kmol/s代入数据联立求解得： D=0.0638 kmol/s W=0.0244kmol/s2.3 物性数据估算12.3.1 温度表1 常压下苯氯苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系序号温度XY序号温度XY1404.850013377.150.3540.7162401.150.0350.14614374.050.4190.773398.650.0580.21915370.050.5060.8284396.350.0790.28216367.750.560.8595394.150.1020.33517365.950.6080.8816391.450.1370.41418363.650.6690.9067389.550.1610.46419360.650.7550.9358388.050.1790.49220357.950.8380.9599387.450.1880.51121356.650.8820.9710384.450.2320.57522355.350.920.9811381.750.2780.63223353.251112379.550.3150.678由表1中数据作出苯氯苯混合液的t-x-y图，见下图1。由平衡数据线性插值得 进料温度 =361.5926 K =88.4426 塔顶温度 =353.6165K=80.4665 塔底温度 =404.5456K=131.3956所以： 精馏段平均温度： 提留段平均温度： 2.3.2 密度已知：混合液密度： （为质量分率，为平均相对分子量）混合气密度：(1) 精馏段： 由平衡数据线性插值可得：液相组成： 气相组成： 所以 (2) 提留段：由平衡数据线性插值可得：液相组成： 气相组成： 所以 (3) 查物性手册得： 表2 不同温度下苯和氯苯的密度（kg/m3）温度/6080100120140苯的密度836.6815.0792.5768.9744.1氯苯的密度106410421019996.4972.9当，由内差法得：， ， 同理： ， ，(4) 在精馏段液相密度 ： 得出： 气相密度 ：取 (5) 在提馏段同理：液相密度 得出： 气相密度 2.3.3 混合液体的表面张力计算 快速估算法 对于大多数混合物1，若为了更好的符合，可在31之间选择。对于本次设计，取1查物性手册得：表3 不同温度下苯和氯苯的表面张力（mN/m）温度/6080100120140苯的表面张力23.7421.2718.8516.4914.17氯苯的表面张力25.9623.7521.5719.4217.32塔顶液相平均表面张力的计算： 由，内差法得： 进料板液相平均表面张力的计算：由，内差法得： 塔底液相平均表面张力的计算：由，内差法得： 所以精馏段的液相平均表面张力提馏段的液相平均表面张力2.3.4 混合物的粘度液相平均粘度依下式计算，即： 查物性手册得表4 不同温度下苯和氯苯的粘度（)温度/6080100120140160苯的粘度0.3810.3080.2550.2150.1840.161氯苯的粘度0.5150.4280.3630.3130.2740.243塔顶液相平均粘度由，内差法得： 进料板液相平均粘度由，内差法得： 塔底液相平均粘度由，内差法得： 所以精馏段的液相平均粘度提馏段的液相平均粘度2.3.5 相对挥发度(1) 精馏段相对挥发度 由， 得 所以 (2) 提馏段相对挥发度 由， 得 所以 2.4 塔板数的确定2.4.1 理论塔板数的求取 2理论板：指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上液相组成均匀。 理论板的计算方法：可采用逐板计算法，图解法，在本次实验设计中采用图解法。 表5 苯和氯苯溶液的气液平衡数据液相中苯的摩尔分率气相中苯的摩尔分率液相中苯的摩尔分率气相中苯的摩尔分率000.3540.7160.0350.1460.4190.770.0580.2190.5060.8280.0790.2820.560.8590.1020.3350.6080.8810.1370.4140.6690.9060.1610.4640.7550.9350.1790.4920.8380.9590.1880.5110.8820.970.2320.5750.920.980.2780.632110.3150.678根据1.01325105Pa下，苯氯苯的气液平衡组成关系可绘出平衡曲线，即x-y曲线图，泡点进料，所以q = 1，即q线为一垂直于横轴的直线。见图2。（1）回流比的确定由Excel作图，对平衡曲线进行多项式拟和，可得x与y的关系式： y= -8.12096 x6+28.2816x5-39.45537x4+29.04908x3-13.11993x2+4.36144x+0.00348，相关系数R=0.99994。将代入关系式，得又 ，整理得：根据实践总结，适宜回流比范围为 当时可得精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：在图上作操作线，用图解法，由点（0.98604, 0.98604）起在平衡线与操作线间画阶梯，过精馏段操作线与q线相交点后，改为在平衡线与提馏段操作线之间画阶梯，直到阶梯与平衡线交点小于0.0028795为止，由此得到理论板块（包括再沸器），加料板为第4块理论板。同理，可得不同回流比情况下的理论板。见表6。表6 不同回流比下的理论板数最小回流比倍数回流比所需理论塔板数加料板位置1.10.34051781.20.37131471.30.40231361.40.43321251.50.46421151.60.49511151.70.52611141.80.55701041.90.588010420.6189104从设计角度分析后，回流比取，所需的理论板数为10（包括再沸器），加料板在第4块板。（2）气液相的体积流量计算对于精馏段：质量流量：体积流量：对于提馏段：因为是泡点进料，故。质量流量：体积流量：2.4.2 实际塔板数的计算3板效率与塔板结构操作条件物质的物理性质及流体力学性质有关，它反映了实际塔板上传质过程进行的程度。板效率可用奥康奈尔公式计算。式中 塔顶和塔底平均温度下的相对挥发度 塔顶和塔底平均温度下的液相粘度 (1) 精馏段已知： 故 块(2) 提留段已知： 故 块由上述可知，全塔实际板数为：块全塔效率： %加料板位置为：第8 块塔板。所求得的主要结果汇总于表6。表7 精馏段、提馏段物性数据结果汇总精馏段提馏段平均温度t/84.4546109.9191平均液相组成x0.84970.2555平均气相组成y0.96190.6042平均液相摩尔质量ML/83.2878103.7580平均气相摩尔质量MV/379.422591.7453平均液相密度L/847.6605954.4327平均气相密度V/2.70832.9205相对挥发度4.46584.4481平均粘度/0.31070.3041表面张力/ 21.101720.0826气相体积流量V/3.02933.2451液相体积流量L/0.003880.01388理论塔板数36实际塔板数7142.5 塔径的设计345本次设计为浮阀塔，首先进行塔径估算。在初估塔径前先要假设塔板间距HT及板上清夜层高度hL,然后根据Smith法初估塔径图求出C20代入有关方程式即可得到初估的塔径。最后再初估的塔径D及假设的塔板间距等用塔板上的流体力学参数进行核算。塔板间距HT的选取与塔高、塔径、物系性质、分离效率、操作弹性以及塔的安装、检修等因素有关。设计时通常根据塔径的大小选取，同时也要考虑实际情况。常用的塔板间距有300、350、400、450、500、600、800等几种系列标准。塔径依据流量公式计算 式中 D塔径，m Vs气体体积流量，m3/s u空塔气速，m/s。 ，安全系数（0.60.8）。安全系数的选取与分离物系的发泡程度密切相关。对于不发泡的物系，可取较高的安全系数。 ， 式中C可由史密斯关联图查出。1 精馏段塔径的设计查史密斯关联图横坐标为：取板间距：m （根据塔板间距与塔径关系的经验数值选取），板上液层高度m （对于常压塔一般取为0.050.08）。则m查图可知： 取 圆整得：=2.2m=2200 mm塔截面积 实际的空塔气速 2 提馏段塔径的设计查史密斯关联图横坐标为： 取板间距：m（根据塔板间距与塔径关系的经验数值选取），板上液层高度m（对于常压塔一般取为0.050.08）。 则：m查图可知： 取 圆整得：=2.2m=2200 mm塔截面积 实际的空塔气速 2.6 溢流装置61 .液流及降液管的型式降液管有圆形与弓形两类，通常，圆形降液管一般只用于小直径塔，对于直径较大的塔，常用弓形降液管。本次设计为大塔径，故选用弓形降液管。溢流方式与降液管的布置有关。常用的降液管布置方式有U型流、单溢流、双溢流及阶梯式双溢流。溢流类型与液体负荷及塔径有关。根据溢流类型与液体负荷及塔径的经验关系，本次设计选取单溢流。采用凹形受液盘。 2. 堰长 对于单溢流 D塔内径，m取 3. 溢流堰高度 本设计采用平直堰，计算堰上液高度公式为： (1) 精馏段由于，查液流收缩系数计算图，得 (2) 提馏段由于，查液流收缩系数计算图， 4. 弓形降液管的宽度和横截面积根据单溢流型的塔板结构参数系列化标准当时降液管宽度降液管的横截面积 验算降液管内液体停留时间精馏段： 提馏段： 停留时间 5 ，故降液管可用5. 降液管底隙高度 降液管底隙高度应低于出口堰高度，才能保证降液管底端有良好的液封，一般不应低于6mm，即 。按下式计算： 式中 液体通过底隙时的流速，m/s根据经验，一般取。降液管底隙高度一般不宜小于2025mm，(1) 精馏段取 则降液管底隙高度 因为，且，所以满足要求。(2) 提馏段取 则降液管底隙高度 因为，且，所以满足要求。2.7 塔板布置及浮阀数目与排列63 塔板分布设计塔径 D=2.2 m ，采用分块式塔板，以便通过人孔装拆塔板。 浮阀数目与排列选阀：型，重阀，其阀孔直径。(1) 精馏段 取阀孔动能因子 则孔速 每层塔板上的浮阀数目为：个，约380个。取无效宽度，安定区宽度计算塔板上的鼓泡区面积，即： 其中 所以 浮阀排列方式：采用等腰三角形叉排；取同一横排的孔心距 ；则排间距 由于塔径较大，必须采用分块式塔板，而各分块的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此，排间距应比计算的要小一些，故取为： 排阀：按， 以等腰三角形叉排方式作图，如图4共排得阀数362个。按N=362 重新核算孔速和阀孔动能因子。 可见阀孔动能因子变化不大，仍在815范围内。塔板开孔率 图4 精馏段塔板上浮阀排列示意图(2) 提馏段取阀孔动能因子 则孔速 每层塔板上的浮阀数目为：个，约387个。取无效宽度，安定区宽度计算塔板上的鼓泡区面积，即： 其中 所以 浮阀排列方式：采用等腰三角形叉排；取同一横排的孔心距 ；则排间距 由于塔径较大，必须采用分块式塔板，而各分块的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此，排间距应比计算的要小一些，故取为： 排阀：按， 以等腰三角形叉排方式作图，如图4共排得阀数362个。按N=362 重新核算孔速和阀孔动能因子。 可见阀孔动能因子变化不大，仍在815范围内。塔板开孔率 图5 提馏段塔板上浮阀排列示意图2.8 塔板流动性能的校验782.8.1 气体通过浮阀塔板压降的计算可根据 计算（1） 精馏段临界孔速： 因为 所以干板压降应按浮阀全开情况计算 干板压降 板上充气液层阻力 取， 表面张力造成的阻力所以 则气体通过浮阀塔板的压降（2） 提馏段临界孔速： 因为 所以干板压降应按浮阀全开情况计算 干板压降 板上充气液层阻力 取， 表面张力造成的阻力所以 则气体通过浮阀塔板的压降2.8.2 液沫夹带量的校核 对本设计，为控制液沫夹带量不过大，应使泛点率。按下两式计算并取其中较大值。% 或%对苯氯苯系统，物性系数板上液体流经长度： 板上液体流过面积：（1）精馏段因为，查泛点负荷因数图得： 泛点率： 泛点率：所以，取泛点率 可见，泛点率，满足0.1 kg液体/kg气体的要求，故不会产生过量液沫夹。 （2） 提馏段因为，查泛点负荷因数图得： 泛点率： 泛点率：所以，取泛点率 可见，泛点率，满足0.1 kg液体/kg气体的要求，故不会产生过量液沫夹。 2.8.3 降液管液泛校核为了防止出现液泛，要求控制降液管中清液高度其中液体流过降液管及其底隙的阻力：（1） 精馏段 单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度 液体通过降液管的压头损失： 板上液层高度 则 取 ， 则 所以 ,不会产生液泛。（2） 提馏段 单层气体通过塔板压降所相当的液柱高度 液体通过降液管的压头损失： 板上液层高度 则 取 ， 则 所以 ,不会产生液泛。2.8.4 严重漏液校核 取漏液点气速为阀孔动能因子时相应的值。(1) 精馏段 稳定系数 故不会产生严重漏液。 (2) 提馏段 稳定系数 故不会产生严重漏液。2.9 塔板负荷性能图82.9.1 严重漏液线关系式对于 型重阀，依=5 作为规定气体最小负荷的标准，则： 精馏段 提馏段 2.9.2物沫夹带线关系式 泛点率 据此可作出负荷性能图中的物沫夹带线，按=80% 计算(1) 精馏段 整理得： 由上式可知物沫夹带线为直线。(2) 提馏段整理得： 可见也是一条直线。 2.9.3 液相负荷下限线关系式取堰上液层高度 m 作为液相负荷下限条件作出液相负荷下限线，该下为与气相流量无关的竖直线。取，则 所以 2.9.4 液相负荷上限线关系式液体的最大流量应保证降液管中液体的停留时间不小于35。液体在降液管内停留时间： 以作为液体在降液管内停留时间的下限，则 2.9.5降液管液泛线关系式 (1)由此可确定液泛线，忽略式中。因为 ， ， 其中 ， 将它们代入(1)，并整理得： 精馏段将相关参数代入上式整理得： 提馏段 同理可得： 2.9.6 负荷性能图由以上作出塔板负荷性能图（见图6和图7）。1. 精馏段图6中： (1)严重漏夜线 (2)降液管液泛线 (3)液相负荷下限线 (4)液相负荷上限线 (5)物沫夹带线图6精馏段塔板负荷性能图可以看出： 在精馏段，在任务规定的气液负荷下的操作点 p （设计点）处在适宜操作区内； 塔板的气相负荷上限完全由物沫夹带线控制，操作下限由漏液线控制； 按固定的液气比，由图可查出塔板的气相负荷下限 ，气相负荷上限 所以，精馏段操作弹性2. 提馏段 图7中： (1)严重漏夜线 (2)降液管液泛线 (3)液相负荷下限线 (4)液相负荷上限线 (5)物沫夹带线由图7 提馏段塔板负荷性能图可以看出： 在提留段，在任务规定的气液负荷下的操作点 p （设计点）处在适宜操作区内的适中位置；塔板的气相负荷上限完全由物沫夹带线控制，操作下限由漏液线控制； 按固定的液气比，由图可查出塔板的气相负荷上限 ，气相负荷下限 所以，提馏段操作弹性所设计精馏塔的主要结果汇总于表7： 项目精馏段 提馏段备注塔径 D/m2.22.2板间距 /m0.450.45空塔气速 0.79690.8537堰长 1.68521.6852堰高 0.057790.04116板上液层高度 0.070.07降液管底隙高 0.028780.03295浮阀数 N362362浮阀排列采用等腰三角形叉排阀孔气速 7.00517.5041浮阀动能因子 11.528212.8242塔板开孔率 /%11.3811.38孔心距 0.0750.075同一横排孔心距排间距 0.0650.065相邻横排中心距塔板压降 648.0523768.8702液体在降液管内停留时间 53.350514.9135降液管内清液层高度 0.14890.1617泛点率 / %51.812468.4557气相负荷上限 4.874.95气相负荷下限1.311.27操作弹性3.713.89 表8 精馏塔工艺设计计算结果表3 精馏塔的结构设计3.1筒体与封头9 1. 筒体精馏塔可视为内压容器。其各种设计参数如下：a 设计压力该精馏塔在常压下操作，设计压力取为0.5MPab 设计温度该精馏塔塔底采用加热介质为蒸汽，温度不超过150,因此设计温度定为150。c 许用应力该精馏塔筒体采用钢板卷焊而成，材料选择Q235-A，查得： d 焊缝系数按照GB150规定，焊缝系数主要考虑焊缝形式与对焊缝进行无损检验长度两个因素，本设计采用全焊透对接焊，对焊缝作局部无损探伤，则=0.85壁厚的确定：塔内液柱的高度： 仅考虑塔底至液封盘液面的高度液柱静压力： 则计算压力计算厚度 该系统中苯和氯苯对筒体腐蚀较小，年腐蚀率为0.1mm/a,设计寿命为20年。则C2=0.120=2筒体的设计厚度 查表（GB709-65）,得钢板厚度负偏差所以 圆整值取 则筒体壁厚，有效厚度为7.2mm 2. 封头本设计采用标准椭圆形封头，材料选用Q235-A,除封头的拼接焊缝需100%探伤外，其余均为对接焊缝局部探伤，则=0.85封头厚度的计算： 取圆整值 则封头壁厚,有效厚度为7.2mm 以内径为公称直径，查得封头曲面高度,直边高度,内表面积,容积，质量为438kg选用封头 4737953.2裙座910对于较高的立式容器，为抵抗风载荷及地震载荷，同时为了安装方便，一般安装性能较好的裙式支座。裙座较其他的支座的结构性能好，连接处产生的局部阻力小，所以它是塔设备的主要支撑形式。为了制作方便，一般采用圆筒形。由于塔径较大，所以座圈与塔体间采取对接焊缝。由于群座对整个塔器而言是个至关重要的元件，支撑整个塔器，如它破坏将直接影响塔器的正常使用，并且群座所耗费材料对整个塔而言不多，所以群座材料选为Q235-B。裙座结构主要有座圈，基础环，螺栓座及人孔。 尺寸确定：裙座有效厚度：裙座筒体的内径：裙座筒体的外径：基础环内径：基础环内径：考虑到再沸器，裙座高度取3 m 3.3 人孔10人孔是安装或检修人员进出塔体的唯一通道，人孔的设置应便于工作人员进入任何一层塔板。由于设置人孔处的板间距较大，应等于或大于600 mm，一般每隔68层塔板设一人孔。人孔直径一般为450600mm，其伸出塔体的筒体长为200250mm，人孔中心距操作平台8001200mm。本塔有21块塔板，设置4个人孔，分别置于：塔釜一个，塔顶一个，进料口那层（从上数第78层塔板之间）一个，从上数第1415层塔板之间一个。人孔直径选为450mm，伸出塔体的筒体长为200mm，人孔中心距操作平台距离为1000mm。塔体上采用垂直吊盖人孔，设有人孔处的板间距为 600 mm，裙座上开两个检查孔。人孔尺寸为，短节材料为 Q235-A ，公称直径为 450 mm。3.4吊柱11对于较高的室外无框架的整体塔，在塔顶设置吊柱，对于补充和更换填料，安装和拆卸内件，既经济又方便的一项设施。一般15 m 以上的塔物设置吊柱，本实验中的塔较高，因此要安装吊柱。吊柱设置方位应使吊柱中心线与人孔中心线间有合适的夹角，使人能站在平台上操纵手柄，让经过吊钩的垂直线可以转到人孔附近，以便从人孔装入或取出塔的内件。塔顶的吊柱用20号无缝钢管，其他零件采用Q235-A本设计塔径D=2200 mm，选用吊柱重量G=10000N 的吊柱。查得其 S=1400 mm ，L=3900 mm ，H=1100 mm ，21910 ，R=900，e=300。3.5 除沫器10当空塔气速较大，塔顶带液现象严重，以及工艺过程中不许出塔气速夹带雾滴的情况下，设置除沫器，可以减少液体夹带损失，确保气体纯度，保证后续设备的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器丝网除沫器以及程流除沫器。本设计采用丝网除沫器，其具有比表面积大重量轻空隙大及使用方便等优点。本设计选择标准型丝网，上装式，过滤网型式为DP型。丝网除沫器的液泛气速 为气液过滤网常数，DP型=0.198则操作气速本设计取 故有效直径 查表得：公称直径 主要外形尺寸，质量为105.6kg。3.6接管10111. 进料管 进料管的结构类型有很多，其中直管进料方便，而且阻力小，故采用直管进料，则进料管的直径，其V为进料流量，m3/s,u为进料流速，m/s. 由tF=88.4426 查表得： 已知 所以 由 得： 进料方式有多种，由泵直接进料操作方便且容易调节流量，但波动较大，本设计流量较大，采用泵直接进料。则uF取2m/s。 则 查无缝钢管标准，取2. 塔顶蒸汽出料管 对其出料管的基本要求是：尽可能减少雾沫夹带，以降低液体物料的损失，故采用直管出料。本塔顶蒸汽出料管为塔顶冷凝器的进口管，由冷凝气的设计结果知：塔顶蒸汽出料管的尺寸为3. 回流管 回流的方式一般有两种，直管回流和弯管回流。本设计采用直管回流。本回流管为塔顶冷凝器的出口管，由冷凝气的设计结果知：回流管的尺寸为4. 塔釜出料管 塔底的液体出料管一般有直管出料和经过裙座的弯管出料，本塔的塔径j较大，宜采用直管出料。 该塔的出料管即为塔底再沸器的进口管，由再沸器的设计结果知：取。5. 塔釜进气管 对塔釜进气管的基本要求是：避免液体淹没气体通道，尽量使气体沿塔的横截面分布均匀，本设计采用带有斜切口的直管进气，斜切口可改善气体的分布状况。 该塔的进气管即为塔底再沸器的出口管，由再沸器的设计结果知：取。6. 法兰的选择 本设计的塔为常压操作塔，设计压力为0.5MPa,故选择法兰时，以0.6MPa作为其公称压力，即PN=0.6MPa 则根据HG2059297标准，均选择标准管法兰，板式平焊法兰，结果如表8所示：表9 精馏塔各接管法兰和法兰盖的尺寸接管公称直径法兰外径法兰内径螺栓孔中心圆直径螺栓孔直径螺栓孔数量螺纹法兰厚 度法兰理论质量进料管8019091150184M16182.94塔顶蒸汽管3004403283852212M202410.5回流管1002101701844M16183.02塔釜出料管200320222280188M16226.85塔釜进气管4005404304952216M202817.13.7 开孔补强12 本设计采用补强圈补强。补强圈补强结构，是采用一补强圈来增强开孔边缘处的金属强度。考虑到焊接的方便，通常是把补强圈放在壳体外侧进行单面补强。补强圈材料，厚度一般取与壳体相同。为检验焊缝的紧密性，补强圈上钻M10的螺孔一个，以通入压缩空气检验焊缝质量。根据补强圈标准（HG21506-92）可得：1. 人孔补强：用的补强圈补强，补强材料为Q235-A；2. 进料管补强：由于进料管尺寸满足不需另行补强的要求，故不用另外补强； 3. 塔顶蒸汽出料管补强：用的补强圈补强，补强材料为Q235-A； 4. 回流管补强：由于回流管尺寸满足不需另行补强的要求，故不用另外补强； 5. 塔釜出料管补强：用的补强圈补强，补强材料为Q235-A；6. 塔釜进气管补强：用的补强圈补强，补强材料为Q235-A；3.8 塔总体高度设计13塔总体高度设计计算公式为： 式中 H塔高，m；n实际塔板数； 进料板数； 进料板数板间距，m； 人孔数； 设人孔处的板间距，m；塔底空间高度，m； 塔顶空间高度，m； 封头高度，m；裙座高度，m。1. 塔顶空间高度塔的顶部空间高度是指塔顶第一层塔板到塔顶封头的直线距离，取除沫器到第一块板的距离为900 mm ，塔顶部空间高度为 =1200 mm。2. 塔底空间高度塔的底部空间高度是指塔底最底层塔板到塔底下封头切线的距离。其影响因数有：（1）塔底储液空间依储液量停留38 min而定，此处取釜液停留时间取5 min。（2）再沸器的安装方式及安装高度；（3）塔底液面至最下层塔板之间要留有12m的间距，此处取1.5 m。故 3. 其余高度 m m取 ， 4. 总高计算由于进料板处开有人孔，所以 可不进行计算；有两个人孔安装在塔釜和塔顶，也可不需进行增高计算。 3.9 附属设备设计21. 进料泵的选取前已求得进料流量 即升扬高度为： 选泵型号： ， 流量 ， 扬程 轴功率：2.5kW ， 效率%，允许吸上真空度 泵的净质量41 kg ， 叶轮直径：132 mm2. 冷凝器和再沸器精馏塔另外还有很重要的设备冷凝器和再沸器，由本小组的另外两位成员进行设计，这里不作详细叙述。所设计精馏塔的主要结构尺寸汇总于表9：表10 精馏塔结构设计汇总表项 目 尺 寸补 强 圈进料管/mm塔顶蒸汽出料管/mm 回流管/mm塔釜出料管/mm塔釜进料管/mm人孔/mm筒体壁厚/mm10封头壁厚/mm10 塔总体高度/mm160004 塔的强度计算13144.1 塔的质量载荷的计算1、筒体圆筒、封头、裙座质量 筒体高度： 查得DN=2200mm，厚度10mm的圆筒质量为545kg/m 查得DN=2200mm，厚度10mm的椭圆形封头质量为438kg/m 圆筒质量： 封头质量： 裙座质量：所以 2、塔内构件质量 查表得浮阀塔盘质量为75 3、保温层质量由于价格便宜，较易制造，选用膨胀珍珠岩（二级）作为保温层材料。其密度为100kg/m3,导热系数为0.050kcal/m.h.采用直接涂抹式保温法。因为半径大于1000mm，操作温度小于150，保温层厚度选为60mm。 4、平台、扶梯的质量平台数量：由表查得：平台质量：笼式扶梯质量：笼式扶梯高度：5、操作物料质量 物料的平均密度 封头的容积 塔釜圆筒部分深度 所以 6、人孔，接管，法兰等附件质量 按经验取附件质量为： 7、充液质量8、偏心质量 为再沸器的质量 9各种质量载荷汇总将全塔分为五段，计算下列各质量载荷，如下表所示。表11 质量载荷汇总塔段011223344顶塔段长度/mm10002000400040005000人孔与平台数00112充液0154015205.3115205.3118931.07塔体5451528218021802932内件00199619961995保温层046171.908171.908242.6197平台、扶梯4080847.0663847.06631534.133物料01387.6128083.4081918.0971198.811附件136.25382733545545偏心0014003019.20所以全塔的操作质量：全塔最小质量：水压试验时最大质量：4.2自振周期的计算 分析塔设备的振动时，一般情况下不考虑平台与外部接管的限制作用以及地基变形的影响，而将塔设备看成是顶端自由，底端刚性固定，质量沿高度连续分布的悬臂梁。设计温度下的弹性模量 自振周期 4.3地震载荷与地震弯矩的计算当发生地震时，塔设备作为悬臂梁，在地震载荷作用下产生弯曲变形。安装在七度或七度以上地震烈度地区的塔设备必须考虑它的抗震能力，计算出它的地震载荷。设南京地区地震烈度为7级，场地土类别为II。1、 水平地震力任意高度处的集中质量引起的基本振型水平振力按下式计算：，N式中 C综合影响系数，取C0.5 距地面处的集中质量，kg 对应于塔设备基本自振周期的地震影响系数值 地震影响系数，不得小于 地震影响系数的最大值 各类场地土的特征周期基本振型参与系数对于本设计，查表得到， 如下表所示： 表12水平地震力计算数据汇总塔段011223344顶塔段长度/mm10002000400040005000各段操作质量,kg721.25 3423.61 15411.38 10677.27 8447.56 各点距地面高度1000200040004000500031622.78 89442.72 252982.21 252982.21 353553.39 22807928306217145389880558027011596622986664487基本振型参与系数0.1139 0.3221 0.9109 0.9109 1.2731 水平地震力,N97.532 1309.450 16672.128 11550.737 12771.617 其中： 2、 垂直地震力 塔设备底截面处的垂直地震力可按下式计算 式中 垂直地震影响系数最大值，取 塔设备的当量质量，取任意质量i处垂直地震力按下式计算：所以： 如下表所示：表13 垂直地震力计算数据汇总塔段011223344顶塔段长度/mm10002000400040005000各段操作质量,kg721.253423.6115411.3810677.278447.56各点距地面高度10002000400040005000721250.006847223.5361645528.9342709084.2842237814.24垂直地震力FvI-I,N199.061889.7817013.6911787.3711657.313、地震弯矩对于等直径、等壁厚塔设备的任意截面II和底截面00的基本振型地震弯矩分别为： 4.4风载荷与风弯矩的计算 塔设备受风压作用时，塔体会发生弯曲变形，吹到塔设备迎风面上的风压值，随塔设备高度的增加而增加。为了计算简便，将风压值按塔设备高度分为几段，假设每段风压值各自均匀分布于塔设备的迎风面上。塔设备的计算截面选再其较薄弱的部位。分别为塔底部截面00，裙座上人孔截面处，塔体与裙座连接焊缝处。1、 水平风力两相邻计算截面间的水平风力按下式计算： 当笼式扶梯与塔顶管线布置成90度时，取下列两式中较大者。其中当塔高时，取当笼式扶梯的当量宽度无确切数据时，各计算段的外径 塔顶管线外径 管线保温层厚度 体型系数 南京地区10m高度处的基本风压值由查表得，脉动增大系数 塔顶与塔底得有效直径之比：计算结果列于下表：表14 风载荷计算数据汇总塔段011223344顶计算段的长度10002000400040005000平台数00112各段平台构件的投影面积009000009000001800000操作平台当量宽度00450450720各计算段的有效直径2785278532353235350527402740319031903460有效直径（取较大值）27852785323532353505各计算段顶截面距地面的高度1271116风压高度变化系数0.80.80.881.0281.162脉动影响系数(B)类0.720.720.720.7850.810.06250.1250.43750.68751第i段振型系数0.020.03250.281250.5851各计算段的风振系数1.71.71.71.71.7各计算段的水平风力927.9621855.9244742.7695540.4168481.627所以：0-0截面的风弯矩： 11截面的风弯矩： 22截面的风弯矩： 4.5偏心弯矩的计算当塔设备的外侧悬挂有再沸器时，将其视为偏心载荷。由于有偏心距e的存在，偏心载荷在塔截面上引