Φ800甲醇精馏塔设计（CAD图+论文+翻译）
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甲醇
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甲醇精馏塔设计
摘要：填料塔为连续接触的气液传质设备，与板式塔相比，不仅结构简单，而且具有生产能力大，分离填料材质的选择，可处理腐蚀性的材料，尤其对于压强降较低的真空精馏操作，填料塔更显示出优越性。本文以甲醇-水的混合液为研究对象，因甲醇-水系统在常压下相对挥发度相差较大，较易分离，所以设计采用常压精馏。根据物料性质，操作条件等因素选择填料塔，此设计采用高位泡点进料、塔底再沸器和塔顶冷凝器的重力回流方式，将甲醇-水进行分离的填料精馏塔。本设计中已知了塔径和塔高，可根据经验公式计算填料层高度，而且可根据塔径可以对填料支撑，液体分布，裙座等塔的构建进行选型。根据已知的条件结合书上的计算公式和参数，对塔设备进行强度的设计，设计塔设备的尺寸，并对设计的塔设备数据进行稳定校核，以确保设计能满足各项标准，从而得到分离甲醇-水混合物液的填料精馏塔。
关键字：填料塔；优越性；常压精馏；塔构建选型；强度设计；稳定校核
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本科生毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 甲醇精馏塔设计 设计（论文）题目来源 自选 设 计（ 论 文 ）题 目 类型 工程设计 起止时间 2011/1/6 2011/05/31 一、设计（论文）依据及研究意义： 在 甲 醇 合 成 时 ，因 合 成 条件 如 压力 、 温度 、合 成 气 组 成 及催 化 剂 性 能 等 因 素 的 影 响 ， 在 产 生 甲 醇 反 应 的 同 时 ， 还 伴 随 着一系列副反应。所得产品除甲醇外，还有水、醚、醛、酮、酯、烷 烃 、 有 机 酸 、 有 机 胺 、 高 级 醇 、 硫 醇 、 甲 基 硫 醇 和 羰 基 铁 等几十种有机杂物。 甲醇作为有机 化工 的 基础 原 料 ，用 它 加 工 的 产 品 种 类 很 多 ，因 此 对 甲 醇 的 纯 度 均 有 一 定 的 要 求 。 粗 甲 醇 通 过 精 馏 ， 可 根 据不 同 要 求 ， 制 得 不 同 纯 度 的 精 甲 醇 ， 使 各 类 杂 物 降 至 规 定 指 标以下，从而确保精甲醇的 质量 。 * q) 二、 设 计 （ 论 文 ） 主 要 研 究 的 内 容 、 预 期 目 标 （ 技 术 方 案 ， 路线 ）： 本次设计的甲醇精馏塔 ， 设 计 包 括 的 主 要 内 容 ： 热 量 衡 算 、物 料 衡 算 、 塔 设 备 的 工 艺 设 计 （ 塔 内 径 、 塔 高 、 封 头 、 填 料 、进 出 口 接 管 及 裙 座 等 ） 等 。 并 对 其 进 行 强 度 计 算 及 校 核 ， 绘 制图纸等。 技 术 方 案 及 路 线 ： 首 先 进 行 热 量 衡 算 和 物 料 衡 算 ， 然 后 进行塔设备的尺寸计算，最后进行强度 计算和校核。 三、设计（论文）的研究重点及难点： 重点是： 物 料 衡 算 、 热 量 衡 算 和 塔 设 备 的 尺 寸 计 算 和 确 定 以 及 强 度计算和校核。 难点是： 一 、 其 难 点 为 塔 内 的 物 料 及 热 量 衡 算 ， 并 对 其 进 行 比 较 准 确的计算。 二、由于本次设计的塔是满足常压下大能力的生产，其难点是对塔高、塔内径以及壁厚等进行比较优化的设计。 三、由于本次设计的塔为高压塔而且考虑了各种载荷，其难点是对塔体以及一些塔内件的强度计算及校核。 四、设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）： 1 月 6 日至 1 月 24 日：了解我们所要设计的试验装置，为进行设计做准备； 1 月 25 日至 2 月 26 日 ： 查 阅 资 料 ， 找 设 计 依 据 ， 理 出 设 计思路； 2 月 27 日至 3 月 31 日：算数据，求得设计的各种依据； 4 月 1 日至 5 月 15 日：设计，画出设计图纸； 5 月 16 日至 5 月 28 日 ； 整 理 图 纸 ， 进 行 打 印 。 写 出 设 计 说明书并校核。 5 月 29 日至 5 月 31 日：准备答辩。 五、进行设计（论文）所需条件： 1、需 要 查 阅 化 工 设 备 设 计 全 书（ 塔 设 备 ） 、 化工原理 、 化 工 工 艺 设 计 手 册 、 制 压 力 容 器 等 化工设备相关 书籍。 2、设计所需设计方法、软件、工具等。 3、画手工图时需要场地和工具。 4、指导老师的细心指导。 六、指导教师意见： 签名： 年 月 日 机械工程学院毕业设计 i 甲醇精馏塔设计 摘要： 填料塔为连续接触的气液传质设备，与板式塔相比，不仅结构简单，而且具有生产能力大，分离填料材质的选择，可处理腐蚀性的材料，尤其对于压强降较低的真空精馏操作，填料塔更显示出优越性。本文以甲醇 甲醇 易分离，所以设计采用常压精馏。根据物料性质，操作条件等因素选择填料塔，此设计采用高位泡点进料、塔底再沸器和塔顶冷凝器的重力回流方式，将甲醇 设计中已知了塔径和塔高，可根据经验公式计算填料层高度，而且可根据塔径可 以对填料支撑，液体分布，裙座等塔的构建进行选型。根据已知的条件结合书上的计算公式和参数，对塔设备进行强度的设计，设计塔设备的尺寸，并对设计的塔设备数据进行稳定校核，以确保设计能满足各项标准，从而得到分离甲醇 关键字： 填料塔；优越性；常压精馏；塔构建选型；强度设计；稳定校核 机械工程学院毕业设计 is a to of of In as of a at so to we a of to of of be on be of so of to of of of of to of 机械工程学院毕业设计 录 引 言 1 1 已知设计参数 4 2 设计方案的确定 4 3 塔设备的选型 4 塔型 4 填料的选择 4 填料层的高度计算及分段 5 4 填料塔内件的结构设计 5 填料支承装置 5 填料的压紧及限位装置 6 填料塔液体分布器 7 液体收集再分布器 8 5 塔设备的附件 9 除沫器 9 裙座 9 地脚螺栓座 10 排气管和排气孔 11 塔底接管引出孔 11 检查孔 12 塔内和裙座内爬梯 12 地脚螺栓 12 地脚螺栓模板 13 顶吊柱 13 釡隔板 13 管 13 机械工程学院毕业设计 口挡板 14 孔和手孔 14 的保温支撑件 14 作平台和梯子 14 6 设备的强度设计和稳定校核 15 筒体和封头尺 寸计算 15 载荷分析 17 自振周期计算 20 风载荷和风弯矩计算 21 地震载荷和地震弯矩计算 24 偏心载荷与偏心弯矩计算 26 最大弯矩 26 强度校核 26 参考文献 36 附录 英文原文 38 译文 52 谢辞 62 毕业设计 (论文 )任务 书 学 院： 机械工程学院 题 目： 800 甲醇精馏 塔 设 计 设计（论文）内容及要求： 一、 已知设计参数： 操作压力 常压 操作温度 120 入塔物料 甲醇 塔高 ， 塔 径 环境 衡阳室外 二、设计内容及设计工作量要求： （ 1） 按所给设计参数 完成 甲醇精馏塔 的 施工图 设计； （ 2）绘制设计图纸总计 3 张零号以上，其中要求手工绘图 1 张壹号以上； （ 3）设计说明书字数不少于 字，并要求统一用 打印； （ 4）翻译 3 千左右汉字量的与毕业设计有关的英文资料； （ 5）撰写相当于 3 百汉字的英文摘要。 三、主要参考资料： 化工设备设计全书（塔设备） 化工原理 化工工艺设计手册 制压力容器 指导教师： 年 月 日 毕业设计 (论文 ) 题 目 800 甲醇 精馏塔设计 学院名称 机械工程学院 机械工程学院毕业设计 第 1页，共 63页 毕业设计 (论文 ) 题 目 800 甲醇精馏塔设计 学院名称 机械工程学院 机械工程学院毕业设计 第 2页，共 63页 引 言 甲醇（ 名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇。 甲醇在生活中越来越受到重视，它即可用做有机化工原料，又可用于有机合成、农药、医药、涂料、染料和国防工业等领域。随着社会经济的快速增长，能源、环境问题日益突出，甲醇作为燃料应用的比例越来越大。近 20 年来，甲醇生产发展很快 ，技术不断提高，生产规模逐年扩大，生产工艺逐步成熟，各项技术指标不断完善，特别是近年来甲醇汽、柴油的开发和应用，使其作为代用燃料，从技术性、经济性上具有了很强的竞争力。预计到 2015 年达到 7200a，供应能力大于市场需求，竞争将会加剧，一些不具竞争力的小装置或原料价格较高地区的甲醇装置将关闭。根据未来甲醇装置建设趋势，世界甲醇的生产中心正在向南美、沙特、伊朗和我国转移；同时这些国家和地区甲醇产品的目标市场主要是针对亚太地区和我国。 合成甲醇可采用石脑油、减压渣油、煤和天然气为原料，在天然气丰富的地区， 前几种原料的生产成本均无法与天然气竞争。天然气合成甲醇的各项经济指标要优于其他原料，适于加压转化，是合成甲醇最理想的原料。 20世纪 80年代以来，国外甲醇装置向大型化方向发展。甲醇的经济规模对投资与产品成本影响较大，一般来讲装置规模越大，产品成本越低。 近 10多年来，世界合成甲醇技术有了很大的发展，其趋势为原料路线多样化、生产规模大型化、合成催化剂高效化、气体净化精细化、过程控制自动化以及联合生产普遍化。从而使合成技术更加优化。甲醇的总生产成本美国为 145146美 ，中东为 6971美 ，美国的甲醇生产成本 高出中东一倍；中东地区甲醇产品 10的单位投资回报所占单位生产成本的比例也比美国高得多。因此，中东地区生产的甲醇具有很强的竞争力。建议用天然气制甲醇的工艺路线采用 家认为，天然气价格在 0 45 0 80元 。我国天然气制甲醇项目才有经济效益。 机械工程学院毕业设计 第 3页，共 63页 甲醇的生产工艺过程分为合成气 (氢和一氧化碳 )的制造、甲醇的合成和精制3部分。 合成气的制造根据原料的不同，有以下几种方法： (1)天然气蒸汽转化法以天然气为原料制合成气生产甲醇，这是国内外发展的趋势。此法优点是：投资少，成本低，运输方便， 操作简单。因此，充分利用天然气合成甲醇，是国内外主要的发展方向。 (2)煤气化法由煤制合成气。 (3)重油部分氧化法油品 (石脑油、重油、渣油等 )部分氧化制合成气的工艺，主要有德士古和壳牌两个著名的方法。德士古系采用高压气化技术；壳牌系采用中压气化技术。 目前世界上合成甲醇的工业生产方法有美国卜内门 (司的低压和中压法，德国鲁奇 (司的低压和中压法，日本三菱瓦斯化学公司 麦托普索公司节能型低压法以及德国巴斯夫 (司的高压法等。我国小规模装置主要采用高压法，引进装置 则采用低压法。其中川维引进 鲁引进鲁奇法。与高压法比较低压法的优点是：能量消耗少，操作费用低，产品纯度高，设备费用低，故新建厂大多采用低压法。国内低压法已经投入生产，并对催化剂进行了研究，已取得了好的进展。 (1)德国巴斯夫公司的高压法这是最先实现工业化的甲醇生产工艺，由于其操作条件苛刻，能耗大，成本高，所以已逐步被中、低压法工艺所取代。 (2)工艺过程为：脱硫、转化、压缩、合成、精馏。特点：在采用不同原料时开车简单，操作可靠，并且不同生产能力 的工厂均能使用离心式压缩机，产品纯度高，能充分利用反应热。 (3)鲁奇渣油联醇法，我国山东齐鲁石化公司引进此方法。特点：热利用率高，在能量利用方面经济效果大。目前低压法合成甲醇工艺中，鲁奇法和 (4)中压法 (司、丹麦托普索公司、日本三菱瓦斯化学公司都有成功的方法，中压法与低压法相比，工艺过程相同，但在投资和综合指标上都要略高一点。 机械工程学院毕业设计 第 4页，共 63页 我国甲醇工业的发展情况我国甲醇工业始于 20世纪 50年代，主要是由原苏联援建的以煤为原料采用高压法锌铬催化剂合成甲醇技术。 1957年第一套锌铬催 化剂高压法甲醇合成装置在吉林化学工业公司投产，设计能力为 100t d，然后在兰州、太原、西安等地陆续建厂投产。 60年代上海吴泾化工厂先后自建了以焦炭和石脑油为原料的甲醇装置；同时南京化学工业公司研究院研制了联醇用中压铜基催化剂，推动了具有我国特色的合成氨联产甲醇工业的发展。自 2002年年初以来，我国甲醇市场受下游需求强力拉动，以及生产成本的提高，甲醇价格一直呈现一种稳步上扬走势。甲醇市场价格最高涨幅超过 100 ，甲醇生产的利润相当丰厚，效益好的厂家每吨纯利超过了 1000元，因而甲醇生产厂家纷纷扩产和新建，使得我国甲醇的产能急剧增加。 2002年，我国甲醇生产能力达到 4 5量为 2 31口 1 8口量为 10观消费量为 4 1 市场需求的 56 ； 2003年生产能力 5 量为 3 口量为 1 4口量为 50观消费量为 4 35 市场需求的 69 ； 2004年生产能力达到 7量 4 4口量为 1 36口量约 30观消费量为 5 73市场需求的 77 ； 2005年生产能力为 10量达到 5 口量为 1 15 观消费量为 6 15市场需求的 80。2006年上半年我国共生产甲醇 3 4005年同期增长 29 7 ，下半年又有 2 得 2006年我国甲醇产量突破 7 2005年增加 2时， 2006年我国的甲醇需求量仍将保持较高速度的增长，消费量将超过 7 创历史新高。 2006年我国甲醇出口 (主要出口到韩国 )量已超过100国现在已成为世界第二大甲醇消费国，同时也是甲醇生产增长最快的国家，并将继续高速发展。 目前国内甲醇工业已经是供过于求，且发展 趋头越来越“猛烈”，在未来 5年内我国甲醇产量将新增 26 30生产能力将达到 36 40内许多甲醇生产企业将面临巨大的生存和发展压力。建议有关部门加强宏观调控，适当控制国内甲醇工业建设过热的势头，应从长远角度考虑，加大甲醇下游产品的开发力度。建议优化甲醇资源，加大甲醇出口力度，把我国甲醇企业的注意力尽快转移到甲醇下游产品的开发 机械工程学院毕业设计 第 5页，共 63页 1 已知设计参数 操作压力： 常压 ; 操作温度： 120 入塔物料： 甲醇 ; 塔高： 塔径 ： 环境： 衡阳室外 2 设计方案的确定 本设计任务为分离甲醇 水混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采 用泡点进料， 将原料通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。甲醇常压下的沸点为 而本任务要求采用常压操作，符合题意。用 30的循环水进行冷凝。塔顶上升蒸汽采用全凝器进行冷凝，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槽。因所分离物系的重组分为水，故直接采用直接蒸汽加热方式，釜残液直接排放。 3 塔设备的 选型 塔型 根据塔设备中塔型选择一般原则，本设计中入塔物料有较弱腐蚀性，再结合已知的操作条件 及塔径，由表 2且填料塔结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造，过去，填料塔多推荐用于 下塔径， 近年来，随着高效新型填料和其他高性能塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及传质激励的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展，目前，国内外已开始利用大型高效填料塔改造板式塔，并在增加产量、提高产品质量、节能等方面取得了巨大的成效。所以在塔设备的选择上选择填料塔 更好 。 填料的选择 由于本塔设计为甲醇填料精馏塔，介质为甲醇，综合其腐蚀性、成膜性、塔体的直径、传质效率及其他性质， 而矩鞍环填料具有通过能力大，压力降低，沸液量小，容积重量轻，以及填料层结构均匀 等优点，特别适用于真空蒸馏 。 最后选择颗粒 填料中的 不锈钢矩鞍 环 ，类型为 50# 。 机械工程学院毕业设计 第 6页，共 63页 而由 塔设备中 表 5锈钢矩鞍环的特性数据得，所选填料的尺寸为50 29 积个数 n=11310个 /积密度为 141kg/表面积为 79，空隙率为 填料因子为 83。 填料层高度的计算及分段 板高度计算 填料层的等板高度与许多因素有关，包括流体力学因素，物理因素，热力学因素，传递因素和操作因素等。至今尚未有很完善的计算公式，计算中应采用直接测定的数据或主要性质相近的物系数据。近年来研究者通过大量数据回归得到了常压蒸馏时的 式中 等板高度， L 液体表面张力， N/m； 液体粘度， Pa/s； h 常数。 在化工原理附录 2 水 的物理性质 中查得，水 在 120时： L=m =a/s 查表 5联式中的常数值得 ： h=以结合上式可得 而本设计的塔高为 去部分高度得填料层的大约高度为 8000 料层的分段 对于散装填料，根据 化工设备手册 表 2装填料分段高度 得矩鞍环填料塔中 h/D 为 5 15， h 6m。所以精馏段分为三段，每段为 2150馏段只有一段为 2500 4 填料塔内 件的结构设计 填料支承装置 梁型气体喷射式填料支撑板具有支撑板上开孔的自由截面积大 ；支撑板上机械工程学院毕业设计 第 7页，共 63页 气液流通的自由截面积大，允许较高的气液负荷；气体通过支撑板的压降小。这种支撑板是最好的塔填料支撑件，推荐优先采用。 支撑板结构形式为多块波形梁型支撑板拼装结构 ，每一块支撑板之间用螺栓连接，整块支撑板为可拆结构。化工设备手册表 2N 在 400波形尺寸为 192 192250 。当 1200支撑板，可不设置边圈。由表 2N=80080撑板分块数： 3，支撑圈宽度： 40撑圈厚度： 10接卡子由 10，支撑板材料选择 0 图 承板 填料的压紧与限位装置 料压板 当气速较高或压力波动较大时 ，会导致填料层的松动， 从而造成填料层及层内各处的装填密度产生差异，引起气液相的不良分布，严重时会导致散装填料机械工程学院毕业设计 第 8页，共 63页 的流化，造成填料的破碎，损坏和流失，为保证填 料塔正常，稳定的操作，在填料层的上部应当根据不同的材质的填料安装不同填料压紧器或填料层限位器。 料限位器 一般情况下陶瓷，石墨等脆性散装填料适用于填料压紧器，而金属，塑料散装填料则使用填料层限位器，本设计中使用的为金属不锈钢填料，故使用填料限位器。 在选择填料层限位器时，由于塔径 00采用网纹孔板整体限位器，栅板 、 格条间的间距 t=200条 、 边圈 厚度 s=6择的材料为 0卡子紧固，采用卡子型号为 10， 10为 体分布装置 在填料塔操作 ，因为液体液体的初始分布对填料塔的影响最大，所以液体分布器是填料塔最重要的塔内件之一。液体分布器的设计应考虑液体分布点的密度，分布点的布液方式及布液的均匀等因素，其中包括 分布器的结构形式、几何尺寸的确定，液位高度或压头大小、阻力等。 为了保证液体初始分布均匀，应保证液体分布点的密度即单位面积上的喷淋点数，由于实际设备结构上的限制，液体分布点不可能太多，常用填料塔喷淋点数可参照下列数值： 400每 30塔截面设一个喷淋点； 750每 60塔截面设一个喷淋点； 1200每 240塔截面设一个喷淋点； 由于本设计的塔径 D=800以每 240塔截面为： A= =5024所以喷淋 点数为 5024 240 21个 为了满足塔径、液流量以及均布程度的要求，本设计选取筛孔盘式分布器。由 塔设备 中 筛孔盘式分布器 可知 板上的筛孔按正三角形 或正方形排列 ，孔径机械工程学院毕业设计 第 9页，共 63页 为 3 10孔数按喷淋点数确定 。根据气体负荷大小，在分布器上安装升气管，升气管的直径 不小于 15体由位于分布盘上方的中心管注入盘内，管口高于围环上缘 50 200设计取 160的内径与分布器定位块外廊的间隙为 8 12布盘直径为 （ D。由 于塔径为 600 8001200以分布盘设计成分块结构， 又由于每块宽度不大于 400此 本设计 筛孔分布器分成 2块。 根据表 5孔盘式分布器的设计参 考 数 据 可知，本设计的筛孔盘式分布器的参数为 ：分布盘直径为 700环高度为 175h。 体收集再分布器 体收集器 斜板液体收集器 自由面积大，气体阻力小，一般不超过 柱。 因此适用于操作压力较低，特别是真空操作 ，而且斜板液体收集器结构简单，造价低，安装方便。本设计的工作压力为常压，因此采用斜板液体收集器能满足要求。 体再分布器 本设计由于塔的直径 00据各类液体分布器的使用范围，带升气管盘式筛孔型液体再分布器适用塔径 1200本设计采用多孔盘式再分布器。分布盘上的孔数按喷淋点数确定，孔径为 3 6气管的尺寸应尽可能的大，其底部铺设金属网，以防填料吹进升气管中。根据表 5孔盘式再分布器的设计参考数据得，塔径为 8001=785气管数为 6。 机械工程学院毕业设计 第 10页，共 63页 图 体 分 布 器 5 塔设备的附件 除沫器 丝网除沫器具有比面积大，重量轻，空隙率大以及使用方便等优点，尤其它具有除沫效率高， 压力降小的特点，从而成为一种广为使用的除沫装置，为了安装与检修方便本设计中的除沫器选用上装丝网除沫器，由 塔设备中表 800， H=100218D=720量 M= 裙座 座的结构 圆筒形裙座制造方便，经济上合理，故广泛使用，但对于变力情况比较差，塔径小且很高的塔 (如 1m,H/25或 1m,H/30)；为防止风载荷或地机械工程学院毕业设计 第 11页，共 63页 震载荷引起的弯矩造成塔的翻到，则需要配置较多的地脚螺栓及具有足够大的承载面积的基础环，此时圆筒形裙座的结构尺寸往往满足不了这么多的 地脚螺栓的合理分布，因此只能用圆锥形。 本塔的设计参数为： D=800H=，所以可选择圆筒形裙座。 座与塔体的连接 采用对接形式时，一般裙座筒体外径与塔设 备外径相等时，裙座筒体与塔釡封头的连接焊缝应采用全焊透的连续焊 ，且与塔封头的外壁圆滑过度，本设计选用对接形式的全焊透的连续焊。 由于椭圆封头的厚度 因椭圆封头的壁厚为 6以 查表 8座筒体上端面至塔釜封头切线距离 5 座的选材 裙座 不直接与塔内截止接触，也不承受塔内介质的压力，因此不受压力容器用材的限制。可选用较经济的普通碳素结构钢。 考虑到裙座要满足载荷要求以及塔的操作情况、塔釜封头的材料等因素，还有本塔是在室外操作的塔，还要考虑环境温度，选择 地脚螺栓座 外螺栓座结构型式为常用型式，故 本设计采用外螺栓座型式，外螺栓座结构尺寸根据表 8螺栓座结构尺寸选取 螺栓规格 3选取。机械工程学院毕业设计 第 12页，共 63页 图 排气管和排气孔 为了减小复试以及塔运行中有可能有气体逸出，就会积聚在裙座与塔体封头之间的死区中，或者是可燃的，或者是对设备有腐蚀作用，并会危及进入裙座的检修人员。因此必须在裙座上部设置排气管或排气孔。 因为本设计裙座不设保温或防火层，则其上部要均匀开设排气孔，其尺寸由表 8气孔与排 气管数量及规格 查出。因为本设计塔径属于 600 1200之间，所以排气孔直径为 80气孔数量为 2个， 一个为有保温时的排气孔，一个为无保温时排气孔 排气 。 孔中心距离座顶端距离为 140 塔底接管引出孔 塔 釜封头上的接管一般需要通过裙座上的通道管引到裙座的外部。引出管 上应焊接支承板，支承板与通道管之间应预留间隙以考虑热胀冷缩的需要。最小间机械工程学院毕业设计 第 13页，共 63页 隙 得 C= 检查孔 裙座上必须开设检查孔，以方便检修。检查孔有圆形和长圆形两种，本设计采用圆形检查孔。根据表 8形检查孔结构尺寸和数量 裙座直径属于 800900以开设一个圆形检查孔，直径为 450为 200心高为 900 图 塔内和裙座内爬梯 塔上一般都设有人孔 ，为方便检修人员通过人孔进入塔内，当人孔上下两侧无可以脚蹬或无可以手扶的构件时，人孔上下两侧应设置爬梯。当裙座内有检修要求时，也应在裙座内设置爬梯。 地脚螺栓 为了便于布置地脚螺栓，规定地脚螺栓数为 4的倍数， 并由表 8座的机械工程学院毕业设计 第 14页，共 63页 地脚螺栓数得，裙座底部直径为 800 4 个，最多为 8个，本设计取个 8 个 ，其材料选择 16 地脚螺栓 模板 为了准确地预埋地脚螺栓，并使塔安装时容易对中。 应采用地脚螺栓模板进行地脚螺栓定位，本设计中选择螺栓间距小于 800此选择单环板地脚螺栓座可用单环板的模板。 塔顶吊柱 对于较高的室外无框架的整体塔 ，在塔顶设置吊柱，对补充和更换填料，安装和拆卸内件是既方便又经济的一项设施，根据塔径决定回转半径，由00T/顶吊柱知： S=800L=3150H=900 =168 10， R=750e=25010柱采用 20号无缝钢管。 塔 釜隔板 板厚度 隔板材料一般采用 塔釡温度不大于 板材料与塔釡相同，甲醇有腐蚀性，则隔板采用 16径 800隔板厚度取 6 板上的人孔 塔釡有检修要求时，隔板上 需要设置人孔，隔板上的人孔一般为方形。 块式隔板 由于需要除垢等原因，有些隔板需要设计成可拆式的，由于工艺要求不同，隔板形状各异，但每块可拆隔板应能从人孔进入 。 接管 体进料管 回流或液体时，要求均匀流过塔盘，回流管或液体进料管的结构型式有直管型、两端开口 端封死 本设计采用直管型。 机械工程学院毕业设计 第 15页，共 63页 液出口 由于本设计中的介质是清洁的，且为填料塔，为防止填料塔底的出料口被碎填料堵塞，应设置防碎填料挡板。釜液出口的结构尺寸由表 8洁介质的防涡流板机构尺 寸 得 面计接口 为了见识、调整釜内液量，塔釜上一定要设置一对液面计接口，上方接管口设置在封头上。 管口挡板 料进口挡板 由于物料有微腐蚀性，挡板选择不锈钢，由表 2小厚度 t=4 液位计挡板 液位计一般有上下两个接口，为使上方接口处液位稳定，以获得准确数据，有时需要在上方接管处设置挡板。 人孔和手孔 对于直径大于 800孔可设在每段填料层的上；下方，同时兼作填料装卸作用，本设计中人孔设在填料层上面，人孔采用 准，人孔直径选 500于 500 塔 的保温支撑件 当塔内操作温度大于环境温度且不允许散热或防止高温塔壁烫伤人体时，塔需要设置保温层，本设计中操作温度为 1200 C，应设置表温层。 壁上保温支撑件 保温支撑件设有统一的标准 ，归纳国内外常用保温支撑件，本设计选用 保温厚度s=80表 2=60 封头保温支撑件 常用底封头保温支撑件一般采用 螺母在两个方向的间距约为 300螺母与接管等零件相碰时，可以调整方螺母位机械工程学院毕业设计 第 16页，共 63页 置。 座防火支撑件 当塔内或周围 的容器内的介质是易燃易爆物料时，为使裙座在发生火灾时不会因为温度上升而是去强度，导致塔器倒塌，应考虑为裙座设置防火层，是否需要设置防火层一般有安全专业人员决定。 作平台和梯子 作平台 操作平台应设置在人孔，手孔，塔顶吊柱，液面计等需要经常检修和操作的地方， 底层平台净高度不小 于 层平台间最小距也不应大于 台宽度为 平台设在手孔附近时净宽不小于 于检修塔盘用的平台，宽度最好不小于 台材料选用 子 不经常使用的操作平台，可用直梯，直梯高度一般不应超过 5m，笼梯相邻护圈的间距为 得大于 子距保温层外表面至少为 200子选用 6 塔设备的强度设计和稳定校核 筒体和封头尺寸计算 据设计压力和液柱静压力确定计算压力 塔内液柱高 度仅 考虑塔底至液封盘液面高度 h=200 液柱静压力 610 =106 9 4 3 2 = 可忽略。 计算压力 M p C 体厚度计算 低压容器的圆筒厚度计算式为： Ct iC 2查过程设备设计第二版表 机械工程学院毕业设计 第 17页，共 63页 在设计温度为 120时， 16 许用应力为 t =170 查过程设备设计第二版表 4制压力容器的焊接接头系数 值， 在制造中采用双面焊对接接头和相当于双面焊的全熔透对接接头 实行局部无损检测 ，故焊接接头系数 值取 t 、 值代入上式得0 . 1 8 0 0 0 . 2 7 72 1 7 0 0 . 8 5 0 . 1 根据 壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的厚度： 对碳素钢、低合金钢制容器，不小于 3高合金钢制容器，不小于 2以本设计取 =3筒设计厚度 式中 21 2C 为腐蚀裕量，在无特殊腐蚀情况下，对于碳素钢和低合金钢， 2C 不小于 1 2C =2 材料为 偏差 ，故 C=2 圆筒设计厚 圆整并根据化工设备机械基础课程设计指导书附表 4圆筒名义厚度为n=6足上述条件， 则圆筒有效厚度e=n6 2 4 。 头的厚度计算 本设计采用标准椭圆形封头 封头厚度计算公式为 ： 0 . 1 8 0 02 1 7 0 0 . 8 5 0 . 5 0 . 12 0 . 5 =据 机械工程学院毕业设计 第 18页，共 63页 壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的厚度： 对碳素钢、低合金钢制容器，不小于 3高合金钢制容器，不小于 2以本设计取 =3头设计厚度h+C 2=3+ 52 头名义厚度圆筒一样，取为 6头有效厚度C =6 2 4 载荷分析 设备质量载荷计算 塔设备 的操作质量 )(0 ea 05040302010塔设备 在水压试验时 的最大质量)( 04030201m a x 塔设备 在停工检修时 的最小质量)( ea 04030201m i n 其中 塔体，裙座质量 )(02 塔段内件质量 )(03 保温 材料 质量 04m （ 平台、扶梯质量 05m （ 操作时塔内物料 的 质量 ( 人孔、接管、法兰等附件质量 wm 水压试验时充水的质量 em 偏心载荷 体质量 已知塔体总高度为 封头为厚度为 6径为 800第 19页，共 63页 头，所以 D/2h=2， D=4h, h=200以圆筒总高为 149604548查 化工设备机械基础课程设计指导书附表 4筒体质量 119=头质量 查 化工设备机械基础课程设计指导书附表 400 查 化工设备机械基础课程设计指导书附表 4内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸 得曲边高度为 200 10头直边高度取 25 封头质量 2m =2 座质量 取裙座高度为 3200座材料选 米高裙座理论质量为 125裙座质量3m=125 400所以塔体总质量 =筒体质量 +封头质量 +裙座质量 即 01m= 1m + 2m +3m=00=段内件质量 本设计中的塔内件中包括了液体分布器和再分布装置、填料、填料支承装置、除沫器、填料压板以及床层限制板，所以塔段内件的质量应为以上几项的和。 填料的质量：由于查表得填料的单位质量为 141kg/以全部填料的总质量为： 24 141= 23 . 1 4 0 . 8 8 1 4 14 =体分布器的质量： 4 =填料支承装置的质量： 4 11 =44沫器质量：根据以上的选择为 填料压板质量： 221 1 0 0 / 1 04 D N m =械工程学院毕业设计 第 20页，共 63页 所以总质量 ：02m=4+ 保温材料质量 取保温层厚度为S=80 化工设备机械基础课程设计指导书表 5设备部分零件质量载荷估算表 得 保温层质量载荷为 300 ， 查 化工设备机械基础课程设计指导书附表4内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺 寸 得封头的容积为 m ,以保温层外径为内径的椭圆型封头的容积为 m 。 所以 ,0322203 22224 0 = 223 . 1 4 0 . 9 7 2 0 . 8 1 2 1 4 . 5 4 8 3 0 0 2 0 . 2 3 0 7 0 . 0 7 9 6 3 0 04 =中 ,03台、扶梯的质量 查 化工设备机械基础课程设计指导书表 5设备部分零件质量载荷 估算表 得 ：钢制 平台质量 2/150 ， 笼 式扶梯质量 /40 塔设备总高 =已知高度 裙座高度 =14960200=17760设备总高取为 18m, 笼式扶梯总高取为 台数量 则 2204 2 2 2 2 2 0 . 54 i n i n p F B D n q q H = 3 . 1 4 0 . 8 0 . 0 1 2 0 . 1 6 2 0 . 8 0 . 0 1 2 0 . 1 6 0 . 5 4 1 5 0 4 0 1 84 =作时塔内物料的质量 查 化工设 备机械基础课程设计指导书附表 4 封头容积械工程学院毕业设计 第 21页，共 63页 则 20 5 0 1 1 3 . 1 4 0 . 8 0 . 0 6 2 0 1 . 8 7 9 1 0 . 0 7 9 6 7 9 144i w h N h V =孔、接管，法兰等附件的质量 按经验取附件质量为=液质量 24 02 = 23 . 1 4 0 . 8 1 4 . 5 4 8 7 9 1 2 0 . 0 7 9 6 7 9 14 =设备的操作质量 ea 05040302010 = =设备的最大质量 04030201m a x =设备的最小质量 ea 04030201m i n =自振周期的计算 机械工程学院毕业设计 第 22页，共 63页 已知塔径 00的有效厚度e=4设备的高度 H=18m，操作质量0m=化工设备机械基础课程设计指导书知塔设备的自振周期 30139 0 . 3 3 1 0=538 5 6 3 . 1 9 7 1 8 0 0 09 0 . 3 3 1 8 0 0 02 . 0 1 0 4 8 0 0 =s) 风载荷与风弯矩的计算 各计算段的外径均为2=800+2 6=812顶管线外径：塔顶管线是气体的出口，已知 设计压力： 计温度： 120 常温常压下 气体密度： 体流量： m3/s 由气体状态方程可计算出设计温度和设计压力下的气体流量 即： 000求得0 0 =m3/s 操作气速为 u =s 则，塔顶管线外径C20 =整后取0d=350 i 段 保温层厚度知为 80取管线保温层厚度80式扶梯当量宽度3K=400 取各段平台构件的投影面积 A 为 58 10 操作平台当量宽度042 塔设备迎风面的有效直径 当笼式扶梯与塔顶管线布置成 180时 机械工程学院毕业设计 第 23页，共 63页 22 043 当笼式扶梯与塔顶管线布置成 90时 ,432 22 04 风压高度变化系数可根据各计算段顶截面距地面高度 查 过程设备设计第二版表 7 体型系数 1K 风压在不同体型的结构表面分布亦不相同，对细长的圆柱形塔体结构，体型系数 1K =风振系数 2K 风振系数是考虑风载荷的脉动性质和塔体的动力特性的折算系数。对塔高 0 的塔设备，取 对于塔高 H ，则 2K 按下式计算 12在此设计中，塔高 H = 故风振系数 2K =求出塔设备自振周期 查化工设备机械基础表 17似取衡阳地区基本风压值为 350 2/210350 设土地粗糙度类别为 由 210程设备设计第二版表 7脉动增大系数 = 查表 7动影响系数i分别为 1 =2 =4 =第 i 段振型系数可根据 查 7各计算段的水平风力21 610 将以上讨论数据整理如表 机械工程学院毕业设计 第 24页，共 63页 计算内容 数据 0 1 2 2 3 3顶 各计算段的外径 812 塔顶管线外径0d( 350 第 i 段 保温层厚度 80 管线保温层厚度 80 笼式扶梯当量宽度3计算段长度il( 1000 2000 7000 8000 操作平台所在计算段长度0l( 1000 2000 7000 8000 平台数 n 0 0 1 3 操作平台当量宽度042 0 0 40 各计算段的有效直径 432 1372 1372 1629 1912 22 04 1482 1482 1739 2022 各计算段顶截面距地面高度m ) 1 3 10 18 型系数 1K 振系数 2K 设备自振周期 1T (s ) 械工程学院毕业设计 第 25页，共 63页 210动增大系数 动影响系数i i 段振型系数计算段的水平风力39 设备任意截面 处的风弯矩 下式计算： )2()2()2(2 2121211 塔设备底截面的风弯矩为 )2()2()2(2 4321432132121100 代入数值得 0021000 +639（ 220001000 ） + 270 0020 0010 00 ）+280 0070 0020 0010 00 ） = 0 1)2()2(2 43243232211 代入数值的得 11639（ 22000 ） + 270002000 ） +280 0070 0020 00 ） = 0 2)2(2 4343322 带入数值得 22 2
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