筛板式精馏塔机械设计说明书.doc

一、塔设备课程设计任务书设计课题筛板式精馏塔机械设计工艺条件物料名称：甲醇-水设计压力：0.1设计温度：物料平均密度：产品特性：易燃、有毒设计基本风压值：地震烈度：7度工艺尺寸塔内径精馏段板数提留段板数板间距堰长14003317500980堰高筛孔直径孔间距塔顶蒸汽出口管径50624管口符号公称尺寸用途aDg273进料管口bDg38出料管口cDg325塔顶蒸汽出口dDg38回流液口eDg20液面计接口fDg38釜液出口设计要求1、 筛板精馏塔机械设计及整体结构设计。2、 绘制筛板式精馏塔装配图（一张一号图纸）二、设计方法及步骤1、材料选择设计压力，属于低压分离设备，一类容器，未提技术要求；产品特性为易燃、易挥发；设计温度为,介质为甲醇和水，年腐蚀欲度很小，考虑到设备材料经济性，筒体，封头和补强圈材料选用，裙座选用。2、塔设备主要结构尺寸的确定塔高1） 塔主体高度2） 塔的顶部空间高度3） 塔的底部空间高度4） 裙座高度5） 封头高度6） 塔高取塔径1） 筒体厚度计算式中：材料的许用应力。在厚度为316时，。塔体焊接接头系数。采用双面对接焊，局部无损探伤，名义厚度厚度附加量厚度负偏差。按中的B类要求负偏差取。腐蚀裕量。取。对于碳素钢、低合金钢制容器，故按刚度条件，筒体厚度仅需3，但考虑此塔较高，风载荷较大，取塔体名义厚度10。有效厚度2） 封头厚度计算采用标准椭圆封头，K=1。因为封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中，低压容器中应用比较多的封头之一。封头曲面高350，直边高度40。名义厚度为了便于焊接，取封头和筒体等厚，故封头名义厚度10，有效厚度7.7。3）筒体外径3、塔的载荷分析质量载荷1） 塔体和裙座质量查石油化工设备设计便查手册表2-1-1以内经为公称直径的封头尺寸可得封头质量为177.92，密度。2） 塔内件质量塔内筛板塔盘数50，筛板塔盘质量3） 保温材料质量选择超细玻璃棉毡未保温材料，密度，厚度取100，封头内表面积S=2.30054） 操作平台及扶梯质量环形平台，每7安装一层，共4层，宽度1.2，单位质量，包角；笼式扶梯，单位质量。5） 操作时物料质量堰高50，物料平均重度。6） 塔附件质量7） 水压试验时充水质量8） 塔设备在正常操作时的质量9） 他设备在水压试验时的最大质量10） 塔设备在停工检修时的最小质量风载荷安装在室外的塔设备将受到风力的作，使塔产生应力、变形和振动。1） 风力计算塔设备中第计算段所受的水平风力可由下式计算式中塔设备中第段的水平风力，；塔设备中第段迎风面的有效直径，；风压高度变化系数，查过程设备设计P304表7-5；各地区的基本风压，；塔设备各计算段的计算高度（见图），；体型系数，；塔设备中第计算段的风振系数。 风压风压计算时，对于高度在10以下的塔设备，按一段计算，以设备顶端的风压作为整个塔设备的均布风压；对于高度超过10的塔设备，可分段进行计算，每10分为一个计算段，余下的最后一段高度取其实际高度，如图所示，将塔高分成三段，其中任意计算段的风压为式中第段的风压，。 风振系数对塔高的塔设备，取。而对于塔高时，则按下式计算式中脉动增大系数，其值按过程设备设计P305表7-6确定；第段的脉动影响系数，其值按过程设备设计P305表7-7确定；第段的振型系数，其值按过程设备设计P305表7-8确定. 塔设备迎风面的有效直径塔设备迎风面的有效直径是该段所有受风构件迎风面的宽度总和。当笼式扶梯与塔顶管线布置成时式中塔设备各计算段的外径，；塔设备各计算段保温层的厚度，；塔顶管线外径，；管线保温层厚度，；笼式扶梯当量宽度，当无确定数据时，可取；操作平台的当量宽度，；第段内操作平台构件的投影面积（不计空挡的投影面积），；操作平台所在计算段塔的高度，。各段风力计算结果如下表示：各段风力计算结果塔段号123塔段长度，110112021320.72.550.640.730.780.1590.5161.00.740.841.031.3512.1432.969，300，101012，1.42，0.1，0.25，0.1，0.4，0.090.040.03，2.562.512.41，53759488168312） 风弯矩计算裙座底部0-0截面的风弯矩筒体底部-截面的风弯矩筒体的强度及稳定性校核1） 筒体底部-截面轴向应力计算2） 筒体底部-截面稳定性校核该截面最大轴向压缩应力发生于空塔时：其中组合系数，由于因此筒体底部-截面满足抗压强度及轴向稳定性要求。筒体底部-截面抗拉强度校核筒体底部-截面上的最大拉应力为故该截面满足抗拉强度要求。综合以上以上各项计算，在各种不同危险工况下，塔体壁厚取10可以满足塔体的强度、刚度和稳定性要求。4、水压试验时塔体的强度要求水压试验时塔体-截面的强度校核（周向应力）1）水压试验压力式中耐压试验压力系数：对于钢和有色金属，液压试验时。2）水压试验时塔体强度校核式中由于满足水压试验要求。2 水压试验时裙座底部0-0截面的轴向强度和稳定性验算.故裙座底部0-0截面满足轴向强度和稳定性要求。5、裙座的强度及稳定性校核裙座材料，取厚度与筒体、封头相等，1 裙座底部0-0截面强度校核裙座底部0-0截面轴向应力计算抗压强度及轴向稳定性校核式中，由于因此筒体底部0-0截面满足抗压强度及轴向稳定性要求。筒体底部0-0截面抗拉强度校核筒体底部0-0截面上的最大拉应力为故该截面满足抗拉强度要求。综上筒体底部0-0截面满足强度及轴向稳定性要求。2 裙座焊缝强度校核此塔裙座与塔体采用对接焊缝，焊缝承受的组合拉应力为：裙座基础环设计1） 基础环的内、外直径确定外径内径2） 混凝土强度校核正常操作时：水压试验时：以上应力均小于各种标号混凝土的压应力许用值，因此满足强度要求。3） 基础环板厚度计算由于该塔较高，塔底裙座采用加筋板结构，基础环板采用28个均布地角螺栓固定，取筋板的厚度为，则基础环上筋板间的距离为：基础环的外伸宽度两筋板间基础环部分的长宽比查塔设备表7-15得基础环板厚度为考虑腐蚀裕量，取。4） 地脚螺栓设计塔设备作用在迎风面侧基础上的最小应力：由于，设备有可能倾倒，必须采用地脚螺栓予以固定。选用地脚螺栓材料为，该材料的许用应力为。取腐蚀裕量，则地脚螺栓的根径根据标准地脚螺栓的尺寸选用27的地脚螺栓28个。5、开孔和开孔补强设计由于各种工艺和结构上的要求，不可避免地在容器上开孔并安装接管。开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全的操作带来隐患，因此压力容器设计必须充分考虑开孔不强的问题。补强结构压力容器接管补强结构通常采用局部补强结构，主要有补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强三种形式。此塔工作温度不高，并且在静载、低压环境下工作，另外材料的标准抗拉强度低于540，壳体名义厚度不大于38，因此选用补强圈补强。开孔补强设计准则开孔补强设计就是指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应力集中系数减小到某一允许数值。目前通用的、也是最早的开孔补强设计准则是基于弹性失效设计准则的等面积补强法。此方法的优点是有长期的实践经验，简单易行，当开孔较大时，只要对其开孔尺寸和形状等予以一定的配套限制，在一般压力容器使用条件下能够保证安全。允许不另行补强的最大开孔直径根据过程设备设计P161表4-15 不行补强的接管最小厚度 ，允许不另行补强的最大接管外径为89。塔进气管口为3258和蒸汽出口2456需另行补强。等面积补强计算塔进气管口为3258补强计算1)补强判别开孔直径 309+22.7=314.4=700，满足等面积法开孔补强计算的使用条件，故可使用等面积法进行开孔补强计算。2)开孔补强所需面积强度削弱系数，接管有效厚度为8-2.7=5.3开孔所需补强面积按课本P175式（4-91）计算3)有效补强范围有效宽度B 按课本式（4-91）确定取较大值，故有效高度 外侧有效高度按课本式（4-95）确定故内侧有效高度按课本式（4-96）确定故4)有效补强面积筒体多余金属面积按课本式（4-97）计算 接管多于金属面积接管计算厚度接管多于金属面积按课本式（4-98）计算5)接管区焊缝面积（脚焊取6.0）6)有效补强面积故开孔后不需要另行补强。塔进气管口为2456补强计算1)补强判别开孔直径 233+22.7=238.4=700，满足等面积法开孔补强计算的使用条件，故可使用等面积法进行开孔补强计算。2)开孔补强所需面积强度削弱系数，接管有效厚度为6-2.7=3.3开孔所需补强面积按课本P175式（4-91）计算3)有效补强范围有效宽度B 按课本式（4-91）确定取较大值，故 有效高度 外侧有效高度按课本式（4-95）确定取较小值，故内侧有效高度按课本式（4-96）确定取较小值，故04)有效补强面积封头多余金属面积按课本式（4-97）计算 接管多于金属面积接管计算厚度接管多于金属面积按课本式（4-98）计算5)接管区焊缝面积（脚焊取6.0）6)有效补强面积故开孔后不需要另行补强。三、塔附属结构设计1、塔盘结构塔盘通常由气液接触元件、塔板、降液管、受液盘，溢流堰等组成。当塔径大于或等于800时，采用分块式塔盘，便于制造、安装和检修。2、裙座塔体常用群座支撑。圆筒形裙座制造方便，经济上合理，故选用圆筒形裙座，与塔体采用对接的焊接方式。采用对接接头时，裙座筒体外与塔体下封头外径相等，焊缝必须采用全熔透的连续焊，且与封头外壁圆滑过渡。裙座材料为，内径为，壁厚，高3。3、吊柱安装在室外，无框架的整体塔设备，为了安装及拆卸内件，更换或补充填料，往往在塔顶设置吊柱。吊柱的方位应使吊柱中心线与人孔中心线有合适的夹角，是人能站在平台上操作手柄，使吊柱的垂直线可以转到人孔附近，以便从人孔装入或取出塔内件。吊柱的结构及在塔上的安装如下图示。其中吊柱管采用20无缝钢管，其它部件采用。4、人孔开孔孔径为500，3个，加补强圈，人孔处塔板间距800。5、除沫器在塔内操作气速较大时，会出现塔顶雾沫夹带，这不但造成物料的流失，也使塔的效率降低，同时还可能造成环境的污染。为了避免这种情况，需要在塔顶设置除沫装置，从而减少液体的夹带损失，确保气体的纯度，保证后续设备的正常操作。选用丝网除沫器，因为它具有比表面积大，重量轻、空隙率大、除沫