精馏塔毕业设计说明书

毕业设计说明书题目精馏塔设计姓名精馏塔设计摘要塔设备是化学工业、食品工业、石油化工等生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相之间充分接触，达到互相传热和传质的目的。在塔设备中进行的单元操作有精馏、吸收、解吸，气体的增湿及冷却等。通过对塔设备参数的确定、工艺流程的计算、塔高和塔径的确定、以及塔内部结构的确定。再对塔体进行风载荷、地震载荷、地基的许用载荷、地区情况及物料对塔体的腐蚀性进行计算的基础上，最终设计出生产能力为4000千克每小时的乙醇精馏塔。关键词乙醇，精馏塔，设计THEDESIGNOFDISTILLATIONTOWERABSTRACTTOWEREQUIPMENTISONEOFTHEMOSTIMPORTANTEQUIPMENTSINTHECHEMICALINDUSTRY,PETROCHEMICALINDUSTRYANDOTHERFACTORIESONFOODPRODUCTSITWILLENABLETHEGASLIQUIDANDLIQUIDLIQUIDTWOPHASEMIXEDFULLY,TOTHEPURPOSESOFMUTUALHEATTRANSFERANDMASSTRANSFERTHEUNITOPERATIONSINTHEEQUIPMENTAREDISTILLATION,ABSORPTION,DESORPTION,GASHUMIDIFICATIONANDCOOLINGTHEDESIGNINCLUDESTHEIDENTIFICATIONOFTHETOWERPARAMETERS,CALCULATIONOFTHEPROCESS,THEHEIGHTOFTHETOWERANDTHEDIAMETEROFTHETOWER,THEINTERNALSTRUCTUREOFTHETOWERBASEONTHEWINDLOAD,THEEARTHQUAKELOAD,THEFOUNDATIONOFTHEALLOWABLELOAD,THECORROSIONOFTHETOWERCAUSEDBYTHEMATERIALSITFINALLYDESIGNSTHETOWERWITHPERHOUROUTPUT4TONSKEYWORDSETHANOL,DISTILLATIONTOWER,DESIGN目录1绪论1111乙醇简介1112精馏塔简介112精馏塔的工艺计算1321装置流程图的确定1322乙醇和水的性能参数13221乙醇的性能参数13222水的性能参数13223乙醇水溶液沸点比热表14224乙醇的气液平衡数据1423物料衡算14231塔内的物料衡算14234物料衡算1524理论板层数的确定16241汽化潜热16242操作回流比R的确定16243全塔效率17244实际塔板数1825塔的工艺条件及物性数据计算18251操作压力18252操作温度18253平均分子量18254平均密度19255液体表面张力2026气液负荷计算20261精馏段气液负荷计算20262提馏段气液负荷计算2127塔径的确定21271精馏段塔径21272提馏段塔径2228塔板工艺尺寸计算23281溢流装置23282塔板布置2529塔板流体力学验算28291气体通过浮阀塔板的压强降28292淹塔29293雾沫夹带的验算30210精馏段塔板负荷性能图312101雾沫夹带线312102液泛线322103液相负荷上限线332104漏液线332105液相负荷下限线33211提馏段塔板负荷性能图342111雾沫夹带线342112液泛线342113液相负荷上限线352114漏液线352115液相负荷下限线353结构设计3731封头的壁厚3732塔体壁厚和材料的确定3733塔体接管的选取38331塔顶蒸汽出口的选择38332进料管的选择38333回流液管的选择39334出料管的选择39335进气管的选择3934开孔补强40341塔顶蒸汽出口管的开孔补强40342进料管的开孔补强42343回流液管的开孔补强42344出料管的开孔补强45345进气管的开孔补强4535塔釜容积的确定4536法兰的选择45361筒体法兰的选择45362接管法兰的选取4637塔顶空间的确定4638人孔的选取4639裙座48310塔高的确定494强度设计5141塔体的重量载荷51411设备壳体质量（含封头和裙座）51412设备内构件质量51413设备保温材料质量51414设备平台质量52415操作时设备内物料质量52416附属件质量52417设备内充水质量5242塔体的强度校核53421筒体壁厚的计算53422塔的自振周期计算53423风弯矩计算53424地震弯矩计算53425筒体拉应力及稳定验算54426筒体水压试验的应力验算5443裙座的强度设计55431裙座圈的计算55432地脚螺栓计算565结论59参考文献61致谢63附录651绪论11乙醇简介乙醇在工业、医药、民用等方面，都有很广泛的应用，是很重要的一种原料。在很多方面，要求乙醇有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水乙醇，这是很有困难的，因为乙醇极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的乙醇很困难。要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。12精馏塔简介精馏塔是化工、石油化工和炼油等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，达到两相间传质及传热的目的。可在精馏塔中完成的常见的单元操作有精馏、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。在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，精馏塔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，精馏塔的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例；它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，精馏塔的设计和研究，受到化工、炼油等行业的极大重视。对于精馏塔开发而言，主要趋向于精馏塔内构件（主要表现为塔板）的发展，即针对特殊的生产要求、生产环境以及预定的开发目标，进行专门的设计和研究，传统的“普适性”塔内件技术应用越来越少，塔内件技术也必将由粗放型向精细化工的方向发展。国外主要发展方向为复合塔和并流塔板，复合塔包括单板复合与整塔复合，并流塔板包括汽液并流塔板、气气并流塔板和液液并流塔板。浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是F1型和V4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（JB16868）内，F1型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系统中，才用轻阀。浮阀塔具有下列优点1、生产能力大。2、操作弹性大。3、塔板效率高。4、气体压强降及液面落差较小。5、塔的造价低。浮阀塔不宜处理易结焦或黏度大的系统，但对于黏度稍大及有一般聚合现象的系统，浮阀塔也能正常操作。2精馏塔的工艺计算21装置流程图的确定精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器等。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分汽化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中，热量利用率很低，为此，在确定流程时应考虑余热的利用，注意节能。乙醇溶液（原料）经预热器加热到指定温度后进入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部下降的回来液体汇合，逐板溢流，最后流入塔底，在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续从再沸器取出部分液体汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板，塔顶蒸汽进入冷凝器中北冷凝，并将部分冷凝液回流到塔顶作为回流液，其余部分经冷凝器后送出作为塔顶产品。塔釜采用间接蒸汽和再沸器共热，塔底产品经冷却后送入贮槽。乙醇精馏塔装置工艺流程如附录附图122乙醇和水的性能参数221乙醇的性能参数表21乙醇的性能参数类别温度（）表面张力MNA液体粘度LMPAS7080901001101927182817291629152805230495040603610324222水的性能参数表22水的性能参数类别温度（）表面张力MNA液体粘度LMPAS708090100110656638619600580414362321282264223乙醇水溶液沸点比热表表23乙醇水溶液沸点比热数据质量分数沸点（）比热（卡/克）潜热（卡/克）333342351360369378841839838837835834100009960993099009850982403400398395391388224乙醇的气液平衡数据表24乙醇的气液平衡数据温度液相X气相Y温度液相X气相Y10095589086785384183782300000190072100966012380166102337026080000170389104375047040508905445055808158077987977927814784178150327303965050790519805732067630747208943058260612206564065990684107385078150894323A、有效宽度B取大值210221064BDMDNET故0BMB、有效高度外侧有效高度确定1H取小值11602492DMNTMH实际外伸高度）故1249内侧有效高度确定取小值22610249DMNTMH实际内伸高度）故20（4）多余金属面积A、筒体有效厚度取32E筒体多余金属面积1RBDFA1EET220132432109421536MB、接管多余金属面积接管计算厚度0140619853232_ICTNPDT接管多余金属面积RRFFHHA221ETT2ETC249061985304193MC、接管焊缝区面积（焊角取6MM）602AD、多余金属总面积220153693497E123（5）所需另行补强面积22065A4231（6）补强圈设计根据接管公称DN100选用补强圈标准取补强圈外径，内径473JBT0DM（C型）。因，补强圈在有效补强范围内120DM0MD补强圈厚度为4532765341DA考虑干板负偏差并经圆整，补强圈的名义厚度为10MM。344出料管的开孔补强选用内管的进料管，不另行补强的最大接管外径为。，所以可57389M89D以不另行补强345进气管的开孔补强选用内管的进料管，不另行补强的最大接管外径为。，所以需41268989D要开孔补强，与塔顶蒸汽出口管相同。35塔釜容积的确定塔釜在釜内停留时间为，设计釜液在釜内停留时间为计算。35MIN3MINT因提馏段，所以有304269SSL3078624SVT内径为1400MM封头的容积，所以3FV30786249TF又因，所以筒高LTDH,取2214038947581TMI1025H因进气管口下缘至液面距离不小于300MM，所以取。223M塔釜与塔体需用法兰连接，所以进气管口中心至法兰连接处距离。40塔釜高度WH（不包括封头）。3。123054095M36法兰的选择361筒体法兰的选择8塔底压强为WP487215983071027DNMPAP则操作压力为取12042CWPA14C根据公称压力和公称直径，查表选用公称压力，公称直径的PNMGMD甲型平焊法兰。362接管法兰的选取根据公称压力和公称直径，查表选用公称压力，公称直径025PA的板式平焊突面法兰。102DNM37塔顶空间的确定因塔顶空间高度的作用是提供安装塔板和除沫装置的需要，起减少雾沫夹带的作用。一DH般取，设计中取102DM10DM38人孔的选取因塔径，人能够进入塔内进行维修，所以选择人孔。140选取人孔两个。5GM（1）补强及补强方法判断A、GB150规定允许不另行补强的最大接管外径为。人孔开孔外径等于458MM，故需另89M行考虑其补强。B、补强计算方法判别开孔直径245024IDC本筒体开孔直径，满足等面积补强计算的适用条件，故可用等7IMMD面积补强法进行开孔补强计算。（2）开孔所需补强面积A、筒体的计算厚度由公式12ICTCP得04109413225M对于碳素钢、低合金钢不小于3MM,所以计算厚度，取腐蚀裕量，MIN2MC108MC筒体名义厚度1230826MNB、开孔所需补强面积强度削弱系数，所以RF13TNMPA125RPA1309425TNRRF出气管有效厚度为642CMETNT开孔所需补强面积计算22150341093504RADFMET（3）有效补强面积A、有效宽度B取大值24509245067BDDMNET故90BMB、有效高度外侧有效高度确定1H取小值116450196520DMNTMH实际外伸高度）故1596内侧有效高度确定2取小值2264501965DMNTMHH实际内伸高度）故20（4）多余金属面积A、筒体有效厚度取32E筒体多余金属面积1RBDFA1EET29045324320941536MB、接管多余金属面积接管计算厚度01450278934232_ICTNMPDT接管多余金属面积RRFFHHA221ETT2ETC259640789304386704C、接管焊缝区面积（焊角取6MM）132MAD、多余金属总面积2901536870436587E123（5）所需另行补强面积221946A4231（6）补强圈设计根据开孔公称DN450选用补强圈标准取补强圈外径，内径4736JBT70DM（C型）。因，补强圈在有效补强范围内45DM90MD补强圈厚度为4819265D考虑干板负偏差并经圆整，补强圈的名义厚度为10MM。39裙座塔体常采用裙座支撑，裙座形式根据承受载荷，可分为圆筒形和圆锥行两类，圆筒形裙座制造方便，经济合理，故得到广泛应用。本设计采用圆筒形裙座。裙座选用16MNR，裙座直接焊接在塔釜封头上，采用对焊焊缝，且使裙座的外圆与壳体相平。选取裙座高度为20M，裙座厚度为10MM310塔高的确定塔体高度（31210357TPMNH12）塔顶空间高度DH10M塔顶封头高度因封头直边高度35IH025MH所以封头高度F027FI塔釜高度W95M封头切线至裙座顶间距离H（302702741153NDHT13）塔釜封头直边高度02MH裙座高度QH所以全塔高度H为107351045130295174DFQWHM4强度设计41塔体的重量载荷塔设备的重量包括塔体、裙座提、内件、各种附件及保温层等重量。还包括在操作、停修或水压试验等不同工况时的物料或重量。411设备壳体质量（含封头和裙座）封头质量FM172345FFFKG顶釜塔体质量和裙座质量TQ（424TQTQIIDH1）23174584071940KG所以设备壳体质量（含封头和裙座）1345396FTQKGM412设备内构件质量查得塔盘重量为，由工艺计算知有22块塔板，则267N（42223637219764481PKGIGD2）413设备保温材料质量保温材料密度6330KGM保温22034IIMH保温226174523015146805KG414设备平台质量4M415操作时设备内物料质量塔板充液单位重载。为避免带液过多，釜中液面至最低塔板距离至少268QN0H，设计中取。057M06MH22504QNIIGD釜液2268691543269914KG416附属件质量人孔、接管、法兰等质量102546791042AKGM417设备内充水质量225104967KG44WHID水设备操作时质量0012345AM4679680324691027834KG设备的最大质量MAXMAX1234WA467968051967042956KG设备的最小质量MINMIN1234A46790796805142081KG42塔体的强度校核421筒体壁厚的计算筒体的内径，设计温度取操作温度，设计压力大于操作压力，取14IGMD85T。焊缝系数（双面对接焊，100无损探伤）。由设计规定12068CMPAP10中得在85时的许用应力235QC125TMPA则筒体壁厚1204094132ICTCMPD考虑壁厚附加量，去筒体壁厚。M422塔的自振周期计算该塔为等界面且质量沿塔高均匀分布，查得弹性模量，所以有1206EPA（43340941201398JI3）（43301178790617206945CEJHT4）423风弯矩计算塔设备可放入厂房内，所以风弯矩。0WM424地震弯矩计算查表得当地震烈度为9级时，MAX32设备建在类场地时（4MAX10503279561T5）因且，故不考虑高振型影响。748IHD20HM裙座与地基处截面的地震弯矩0EM（400454572395184271530ECNM6）塔体与裙座焊接处（对焊）截面的弯矩1E（41044202553415706337QEENH7）425筒体拉应力及稳定验算（1）设计压力产生的轴向拉应力（4101452048493IPMPAD8）（20）设备重量引起的压应力（41299817540674032IPAM9）式中去除裙座的质量10（3）最大弯矩引起的轴向应力最大弯矩MAX0WDM135176ENM取。所以有MAXE（43220248093149134MPAI10）（4）最大组合应力组合拉应力12350486724809356MPA拉组合压应力1231压426筒体水压试验的应力验算（1）强度验算（4125250468TWCMPAP11）09315SPA01684091329612522IWMPAPD水压试验压力，PA塔壁材料的屈服强度，S焊缝系数（2）稳定性校核1MAX29803982560691312540413TWWIMPAPAIMD故筒体强度验算安全。式中水压试验时塔设备的最大质量，KGMAX塔顶截面处的风弯矩，1WNM43裙座的强度设计431裙座圈的计算筒体与裙座采用对接焊缝，所以有。取裙座与筒体壁厚相等，则14SIIMD。筒体用Q234C，裙座采用16MN，则，01M125SMPA213SPA（1）操作时的压应力验算（400AX341MWNMDE12）故00MA022983419817342X61150SSSMPAPAA压式中裙座计算截面最大弯矩，AMNM裙座圈计算截面的断面系数，SW3裙座圈计算截面的面积，2（2）水压试验时的压应力验算MAX20398982560827153140SSSMDWMPAPAAS432地脚螺栓计算取基础环尺寸为基础环外径02314026BOS基础环内径DBIS0基础环的断面系数44431010286BWMBOI基础环的面积222234794BAI（1）求最大的应力因塔设备安装在厂房内，所以风载荷0WM0MIN989812429107WBBDMPAB受地震载荷时00983419830216527EBBPAAB取其中较大值65MPAB（2）计算地脚螺栓的直径取地脚螺栓个数12N（414403165879203172906BBTCMD13）式中地脚螺栓的许用应力，PABT腐蚀裕量，M、C选用的螺栓即可。36M（3）基础环的计算A、基础环上的最大压应力操作时098341987342MAX01652BBMPAWABX水压试验MAX039898520039147BBMPABMAX取其中大值，故3214MPAXB、基础环厚度的计算1602BOIMD基础环外缘长23145BO在两个地脚螺栓间设两个筋板，其最大距离L502473LM19BL查表得，026XC016Y（462MA732949574XBNMM14）262AX016103YBL取、中的较大值，故GY，9574GXNM66957407212GBBMM考虑腐蚀裕量，取01B