DN1500板式精馏塔设计
49页 14000字数+论文说明书+任务书+4张CAD图纸【详情如下】
DN1500板式精馏塔CAD装配图.dwg
DN1500板式精馏塔设计说明书.doc
零件图1.dwg
零件图2.dwg
零件图3.dwg
摘 要
塔设备是化工、石油化工和炼油、医药、环境保护等工业部门的一种重要的单元操作设备。塔设备的设计包括两个部分：工艺设计和机械设计。机械设计部分要解决的问题，除了确定塔设备的各细节结构外，更重要的就是要做各种校核工作，以保证设计完成的塔设备不仅能够正常运转，而且必须符合国家安全生产的标准。其校核内容主要包括：质量载荷、地震载荷、风载荷等，还包括强度及稳定性校核。图纸包括一张装配图和零件图。
完成板式精馏塔成套装置主体部分结构设计，结构设计是指压力容器设计部分，即计算塔的壁厚，封头的结构及尺寸，精馏塔附件设计，接管设计等内容。本设计采用连续精馏分离苯-氯苯二元混合物的方法。连续精馏塔在常压下操作，被分离的由连续精馏塔中部进入塔内，以一定得回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的产品，由塔底采出精馏塔。纯度不低于99.8%，塔顶产品纯度不低于98%（质量分数）。
高径比很大的设备称为塔器。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。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。
在化工或炼油厂中，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。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。辅助装置及附件结构设计:接管的设计与相关法兰的选用、除沫器、人孔及其附件的设计。作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）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（汽）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（汽）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，以及降低经常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还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、调节和检修。
事实上，对于现有的任何一种塔型，都不可能完全满足上述所有要求，仅是在某些方面具有独到之处。
全塔校核：包括塔体与封头厚度的确定、塔设备质量载荷及自振周期的计算、地震载荷与地震弯矩、风载荷与风弯矩计算、圆筒轴向应力和圆筒稳定性校核、塔设备压力试验时的应力和裙座轴向应力的校核.
关键词： 分块式塔盘； 不等壁厚； 筛板塔
Abstract
Tower equipment is chemical, petrochemical and refining, pharmaceutical, environmental protection, and other industrial department is a kind of important unit operation equipment. The design of the tower equipment consists of two parts: the process design and mechanical design. Mechanical design part of problem to solve, in addition to determine the details of the tower equipment structure outside, more important is to do all kinds of work check, in order to ensure that the design of the tower equipment can not only finish the normal operation, and must comply with the national safety production standards. Check the content mainly includes: quality load, earthquake loads, the wind loading, etc, also including the strength and stability are checked. Drawings including a assembly drawing and drawing.This design adopts the continuous distillation separation of benzene - chlorobenzene binary mixture method.Continuous distillation operation under the atmospheric pressure, be the separation of benzene - chlorobenzene binary mixtures by continuous rectification tower into the tower, central to must reflux ratio by a continuous rectification column and the content at the top of the column can qualified benzene, chlorobenzene from the bottom.Benzene chlorobenzene purity is not less than 99.8%, the overhead product purity is not less than 98% (mass fraction).
Than a lot of height to diameter device called columns.Tower equipment is one of the most important equipment in the production of chemical industry, oil refining.It can be quickly (or steam) liquid or liquid liquid two phase of close contact between, achieve the goal of international mass transfer and heat transfer.Common, can be done in the middle of tower equipment unit operations: distillation, absorption, desorption and extraction and so on.In addition, the cooling and recycling of industrial gases, gas net system of wet and dry, and both have liquid from mass and heat transfer of humidification, dehumidification, etc.In chemical or oil refinery, the performance of tower equipment for the entire unit production of products quality production capacity and consumption quota, and the three wastes treatment and environmental protection, and other aspects have a significant impact.Therefore, design and research of tower equipment, has been heavily promoted by the chemical refining industries.
Complete body of complete set of equipment of the column plate structure design, structure design is the design of pressure vessels parts, namely calculation of the tower wall thickness, the head of the structure and size, design of the column accessories, and took over the design, etc.As tower equipment is mainly used in mass transfer process, you must quickly (steam) a good contact with liquid two phase, in order to obtain higher mass transfer efficiency.In addition, in order to meet the needs of industrial production, tower equipment, but also have to consider the following mass transfer efficiency.In addition, in order to meet the needs of industrial production, tower equipment must also consider the following requirements:
(1) the production capacity is big. In larger gas (vapor) fluid velocity, are still not happen a lot of smuggled with foam fog, such as block liquid or liquid flood damage phenomenon of normal operation.
(2) the operating stability and flexibility.When the tower equipment, gas (vapor) fluid load have larger fluctuation, can still be stable under the high mass transfer efficiency of operations.And tower equipment should guarantee the long-term continuous operation.
(3) the fluid flow resistance is small.The fluid pressure drop through the tower equipment.This will greatly save the power consumption in production, and often lower operating cost.For vacuum distillation operation, larger pressure drop also make the system can not maintain necessary vacuum degree.
(4) simple structure, small amount of material consumption, easy manufacture and installation.This can reduce the investment cost in the process of construction.
(5) the corrosion resistance and not easy blockage, convenient operation, adjustment and maintenance.
In fact, for any existing tower type, can fully meet the requirements of all of the above, only has the unique feature in some ways.
Auxiliary equipment and accessories structure design: take over the design and the related flange of selecting, except the foaming machine, manhole and its annex design.
The tower check: including tower body and the head of the thickness is sure, tower equipment quality load and natural vibration period of calculation, earthquake loads and seismic moment, the wind load and the wind bending moment calculation, cylinder axial stress and cylinder stability checking, tower pressure test equipment of stress and axial stress of skirt a check.
Key words: Block tray; Different wall thickness; Sieve panel tower
目 录
第一章 概述 1
1.1 塔设备概论 1
1.2 常压塔的工作原理及工艺曲线 1
第二章 板式精馏塔基本结构的设计 4
2.1设计条件 4
2.2.确定塔高 4
2.3 塔盘设计 6
2.3.1 塔盘形式及设计 6
2.3.2塔盘的结构设计 6
2.3.3 塔盘板 6
2.4 附件设计 8
2.4.1 人孔 8
2.4.2 接管 9
2.4.3 管法兰 10
2.4.4 吊柱 11
2.4.5 操作平台与梯子 11
2.4.6 保温层 12
2.4.7 裙座 12
第三章 精馏塔设备强度和稳定性计算 13
3.1 材料的选择 13
3.1.1 筒体和封头材料的选择 13
3.1.2 裙座材料的选择 13
3.1.3 接管的材料 13
3.2 厚度计算 13
3.2.1 厚度计算过程步骤 13
3.2.2 厚度计算 14
3.3设备质量载荷计算 14
3.3.1塔体圆筒、封头、裙座质量m01 14
3.3.2塔内构件质量m02 15
3.3.3保温层质量m03 15
3.3.4平台、扶梯质 15
3.3.5塔体分段 16
3.4偏心质量引起的偏心弯矩 16
3.5各种载荷引起的轴向应力 16
3.5.1设计压力引起的轴向应力 16
3.5.2操作质量引起的轴向压应力 17
3.5.3最大弯矩引起的轴向应力 17
3.6塔体和裙座危险截面的强度和稳定性校核 18
3.7塔体水压试验校核 19
3.8塔盘的机械计算 21
3.8.1塔盘的载荷 22
3.8.2塔盘构件的允许挠度和许用应力 22
3.8.3塔盘支承梁的设计 23
3.9地脚螺栓的设计 23
3.10 盖板 24
第四章 开孔补强 25
4.1 补强的判据 25
4.2 对人孔和检查孔进行补强 25
4.2.1补强计算方法判别 25
4.2.2开孔所需补强面积 26
4.2.3有效补强范围 26
4.2.4有效补强面积 26
4.2.5有效补强范围 27
4.3 对去再沸器入口进行补强 27
4.3.1补强计算方法判别 27
4.3.2开孔所需补强面积 27
4.3.3有效补强范围 28
4.3.4有效补强面积 28
4.3.5有效补强范围 29
4.4 再沸器返回口和塔顶气项出口 29
4.4.1补强计算方法判别 29
4.4.2开孔所需补强面积 29
4.4.3有效补强范围 29
4.4.4有效补强面积 30
4.4.5有效补强范围 30
第五章 主要零部件的制造工艺 31
5.1 筒体制造 31
5.2 封头 31
5.3 塔盘板制造 31
5.4 塔体及塔盘的制造技术条件的规定 32
总结 33
参考文献 34
致 谢 35
第一章 概述
1.1 塔设备概论
塔设备是化工、石油化工和炼油、医药、环境保护等工业部门的一种重要的单元操作设备。其表现的作用为实现液——液相或者气（汽）——液相之间的接触充分，以便达到传质及传热相际间进行的目的。常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等可在塔设备中完成的。另外，工业气体的湿法净制和干燥，冷却与回收、传热的增湿、减湿以及兼有气液两相传质。
应用面广、量大在塔设备中，占整个工艺设备费用的比例较大的是其设备投资费用。在炼油厂和化工中，塔设备的性能对于整个装置的生产能力和消耗定额、产品产量、质量以及三废处理和环境保护等方面都影响重大。塔设备的设计和研究受到化工、炼油行业的极大重视。
除了要求满足特定的工艺条件外，为了使塔设备能更有效、更经济地运行，还要满足下列要求：
(1)充分接触的气液两相，相际间传热面积大；
(2)气液处理量大，生产能力大；
(3)操作弹性大，操作稳定；
(4)压降小，阻力小；
(5)设备的投资及操作费用低，结构简单，安装、制造、维修方便；
(6)不易堵塞，耐腐蚀。
塔设备的分类：
(1)加压塔、常压塔及减压塔三个操作压力；
(2)有精馏塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等单元操作；
(3)有填料塔、板式塔的内件结构。
1.2 常压塔的工作原理及工艺曲线
用于化工生产中分离互溶液体混合物的典型单元操作是精馏，多级蒸馏是其实质，在有一定的压力下，通过互溶液体混合物各组分的饱和蒸汽压或沸点的不同，从而汽化轻组分（沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分），经多次部分气相冷凝和液相汽化，使浓度逐渐升高包括气相中的轻组分和液相中的重组分，进一步实现分离。精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐和输送设备等是精馏过程的主要设备。以进料板为界的精馏塔，精馏段在上部，提留段在下部。进入精馏塔的一定温度和压力的料液，精馏段逐渐浓缩的是轻组分，全部冷凝进入回流罐是离开塔顶后，塔顶产品（也叫馏出液）是一部分，塔内作为回流液是另一部分被送入。补充塔板上的轻组分是回流液的目的，保持稳定塔板上的液体组分，从而连续稳定地进行精馏操作。提留段中浓缩后的重组分，塔釜产品（也叫残液）是一部分，经再沸器加热后送回塔中则为一部分，提供一定量连续上升的蒸气气流为精馏塔操作。
连续精馏和间歇精馏都为精馏操作，本设计的研究对象是连续精馏的过程。如下图所示的连续精馏的流程装置，操作过程为：经过预热加热到一定温度后的原料液，精馏塔中的进料板被进入，与自塔上部下降的回流液体汇合后料液在进料板上，通过逐板下流，最终会流入塔底的再沸器中，逐板的液体下降的同时，在每层塔板上它与上升的蒸汽相互接触，同时进行质量和能量的传递过程和部分汽化和部分冷凝。在操作的时候，塔底产品是连续从再沸器中取出的部分液体，产生上升蒸汽是部分液体汽化，塔内出塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝成液体，回流液体即为部分冷凝液用泵送回塔顶，作为塔顶产品，经冷却器后其余部分被送出。
5.3 塔盘板制造
（1）塔盘板长度偏差不得超过－4至+0之间，不得超过+0至－2之间的宽度偏差。
（2）需要维持一定水平度的塔盘板，否则气液的分布会被影响。会引起偏差除在制造及安装中，因塔盘板的自重，塔体弯曲及局部不平整及液体负荷均不得超过2mm在整个板面外；塔盘板水平在整个面上的偏差fm不得超过4mm在安装以后。
（3）为了保证塔盘的水平度，支持圈的表面水平度亦有一定的要求，在300mm旋长的表面上，局部水平度不超过1mm，总的水平度的允许偏差与塔盘相同，相邻两支持圈间距的偏差不超过±20mm。
（4）支持圈的表面与主梁及支持梁的表面应在同一表面上，两表面的最高与最低只差不得超过±3mm。
（5）溢流堰顶的水平度对塔盘板的操作及效率均有影响，故堰顶的不平度不超过堰宽的1/1000，且不大于3mm。
（6）降液班安装后，其下端与受液盘距离E的偏差为±3mm。
（7）塔体弯曲度应小于1/1000塔高，塔体最大弯曲度为，但塔高大于20mm，不得超过30mm，塔体安装垂直度偏差应小于1/1000塔高，且不大于15mm。
（8）塔体在同一断面上的最大直径与最小直径：对常压塔e< 10%Dg。
（9）接管一般在塔体安装好以后进行，在安装后要检查塔的位置和塔的方位是否正确，个管口的高度偏差一般均在±6mm以内。
5.4 塔体及塔盘的制造技术条件的规定
（1）制造用的原材料：应符合各项要求，如设计要求GB150，HG20581，对入厂的材料进行检查和验收，如有必要可进行复检。
（2）加工和成型：塔体材料在加工过程中，标记应保留。必要时，应将标记转移到工件上，并保证转移标记的正确、无误、清晰、耐久。
（3）焊接和切割：塔体上开孔应尽量不安排在焊缝及其临近区域，焊接采用电弧焊。
（4）焊后热处理：应符合GB150第10章的有关规定。
总结
经过此次的毕业设计学习，我对于设计的基本流程和相关的工作过程已经有了更深的掌握。毕业设计涉及的问题全面并且广泛，要求更高。虽然期间碰到过许多的挫折和困难，但是经过查阅相关的资料与老师的交流沟通，同学的互帮互助，最后终于完成了任务。内心收获满满。此次印象最深的是查表，查表是工科学生必须掌握的一项能力；按照标准和规范是设计的基本原则。同时设计要结合实际情况，考虑生产的经济性，合理性等，从中选择最佳方案，这样才能完成一次成功的设计工作。
制造、安装吊运、检修是需要考虑因为塔设备设计的特殊性。要有足够的保证稳定性的安全性，从而能使塔设备满足工作时承受风载荷、地震载荷、偏心载荷以及雪载荷的要求。设计是有严格的步骤和方法。根据一定的条件和要求，确定设计的方向和选材。虽然设计过程十分复杂，需要沉下心来去做。一定以严谨的态度来进行设计，保证规范、全面、正确。
在做此工作的时候心态很重要，不能慌张马虎，需要认真严谨，经过多次的揣摩与验算，定能达到设计的目的和要求。经过不断的实践探索，才能做到最好。
参考文献
[1] 化工设备设计手册.《金属设备》（上）（下）上海人民出版社1975.
[2]《浮阀塔》.燃料化学工业出版社1972.
[3]《化工设备设计手册.材料与零部件》（上）1973.
[4]《中华人民共和国行业标准JB 4710-92.钢制塔式容器》1992.
[5]《化工设备设计全书塔设备设计》.上海科学技术出版社1988.
[6]《HG20592-20635-97 钢制管法兰、垫片、紧固件》.中华人民共和国化学工业部1998.
[7]《GB 150-1998.钢制压力容器》1998.
[8]《化工设备图样技术要求》2000.11.
[9]《GB 形状和位置公差》.1997.
[10]《HG 21514-21535-95.碳素钢低合金钢制人孔和手孔》1996.
[11]《基础化学工程》.上海科学技术出版社1980.
[12]《基本有机化学工程》天津大学基本邮寄教研室编.
[13]《HG 20580-20585-1998》.国家石油和化学工业局.
[14]《轻碳氢化合物手册》.上册，下册.
[15]《化工原理》上册，下册.
[16]HG20580－1998，钢制化工容器设计基础规定.北京：中国标准出版社，1998.
[17] HG20581－1998，钢制化工容器材料选用规定.北京：中国标准出版社，1998.
[18] HG20583－1998，钢制化工容器结构设计规定.北京：中国标准出版社，1998.
[19] HG20584－1998，钢制化工容器制造技术要求.北京：中国标准出版社，1998.
[20] CD130A20－86，化工设备设计文件编制规定.北京：中国标准出版社，1986.
[21] TCED41002－2000，化工设备图样技术要求.北京：中国标准出版社，2000.
[22] JB4726－94，压力容器用碳素钢和低合金钢锻件.北京：中国标准出版社，1994.
[23] JB4728－94，压力容器用不锈钢锻件.北京：中国标准出版社，1994.
川公网安备: 51019002004831号