Φ800甲醇精馏塔设计

1、更多相关文档资源请访 HYPERLINK :/ docin /lzj781219 本毕业论文包含完整CAD设计文件以及仿真建模文件，资料请联系68661508索要毕业设计(论文)题 目 800甲醇精馏塔设计 学院名称 机械工程学院 2011年5 月 28 日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

2、，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Methyl alcohol rectifying tower designAbstract: The Packed tower is

3、continuous contact with the gas-liquid mass transfer equipment, compared with tray column, The Packed tower not only has a simple structure, but also has higher capacity to product, The Packed tower can choose the separation of packing materials and handle corrosive materials, especially for operati

4、on of low pressure drop vacuum distillation, and the packed column shows superiority. In this paper, methanolwater mixture as the object of study. Because methanol - water system has a wide relative volatility at atmospheric, so the design adopt atmospheric pressure distillation. According to the ma

5、terial properties, operating conditions and other factors, we select packed tower. This design uses a high bubble point feed, bottom and top of the tower reboiller gravity reflux condenser, methanol - water distillation column packing to separate.The design of known diameter and tower height of the

6、tower can be calculated based on experience packing layer height and diameter can be packed under the support tower, liquid distribution, the construction of the skirt so the selection of the tower. According to the book with known conditions and parameters of the formula, the strength of the tower

7、equipment design, the size of tower equipment design, and design of the tower equipment calibration and stability data to ensure that the design can meet the standards, the get packed distillation column of separating methanol and water.Keywords: packed tower; superiority; atmospheric distillation;

8、tower building selection; strength design; stability check.目 录引言11 已知设计参数 42 设计方案的确定 4 3 塔设备的选型 43.1 塔型 43.2 填料的选择 43.3 填料层的高度计算及分段 54 填料塔内件的结构设计 54.1 填料支承装置 54.2 填料的压紧及限位装置 64.3 填料塔液体分布器 74.4 液体收集再分布器 85 塔设备的附件 95.1 除沫器 95.2 裙座 95.3 地脚螺栓座 105.4 排气管和排气孔 115.5 塔底接管引出孔 115.6 检查孔 125.7 塔内和裙座内爬梯 125.8 地

9、脚螺栓 125.9 地脚螺栓模板 135.10 塔顶吊柱 135.11 塔釡隔板 135.12 接管 135.13 管口挡板 145.14 人孔和手孔 145.15 塔的保温支撑件 145.16 操作平台和梯子 146 设备的强度设计和稳定校核 156.1 筒体和封头尺寸计算156.2 载荷分析 176.3 自振周期计算 206.4 风载荷和风弯矩计算 216.5 地震载荷和地震弯矩计算 246.6 偏心载荷与偏心弯矩计算 266.7 最大弯矩 266.8 强度校核 26参考文献 36附录英文原文38译文52谢辞 62引 言甲醇（Methanol，Methyl alcohol）又名木醇，木酒精

10、，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7200wta，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

11、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

12、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ICI或Lur-gi生产技术。专家认为，天然气价格在045080元 。我国天然气制甲醇项目才有经济效益。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

13、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(ICI)公司的低压和中压法，德国鲁奇(Lurgi)公司的低压和中压法，日本三菱瓦斯化学公司MGC低压法，丹麦托普索公司节能型低压法以及德国巴斯夫(BASF)公司的高压法等。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ICI法，齐鲁引进鲁奇法。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，

14、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)ICI低压法这是目前工业上广泛采用的合成甲醇的方法。其工艺过程为：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ICI法在技术上比较成熟。(4

15、)中压法(ICI)公司、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。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100td，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

16、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45Mt，产量为231Mt，进口18Mt，出口量为10kt，表观消费量为41 Mt，占市场需求的56 ；2003年生产能力5 Mt，产量为3 Mt，进口量为14Mt，出口量为50kt，表观消费量为435 Mt，占市场需求的69 ；2004年生产能力达到7Mt，产量44Mt，进口量为136Mt，出口量约30kt，表观消费量为573Mt，占市场需求

17、的77 ；2005年生产能力为10Mt，产量达到5 Mt，进口量为115 Mt，表观消费量为615Mt，占市场需求的80。2006年上半年我国共生产甲醇34Mt比2005年同期增长297 ，下半年又有2 Mt的新建甲醇装置陆续竣工投产，使得2006年我国甲醇产量突破7Mt大关，比2005年增加2Mt。同时，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 Mt，再创历史新高。2006年我国甲醇出口(主要出口到韩国)量已超过100kt。我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

18、未来5年内我国甲醇产量将新增2630Mt，总生产能力将达到3640Mt。国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，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

19、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3.1 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2-8塔型选择顺序表选择填料塔，而且填料塔结构简单，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0.7m以下塔径，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

20、，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。3.2 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。而由塔设备中表5-20 不锈钢矩鞍环的特性数据得，所选填料的尺寸为50290.5，堆积个数n=11310个/m3，堆积密度为141kg/m3，比表面积为79，空隙率为，干填料因子为83。3.3 填料层高度的计算及分段填料层的等板高度与许多因

21、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HETP关联式如下：lnHETP=h-1.292lnL+1.47lnL式中 HETP等板高度，mm；L液体表面张力，N/m； L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= L Pa/s查表5-15 HETP关联式中的常数值得：所以结合上式可得HETP值为1022.7mm，而本设计的塔高为14.96m，减去部分高度得填料层的大约高度为8000mm。对于散装填料

22、，根据化工设备手册表2-6-47散包装填料分段高度 得矩鞍环填料塔中h/D为515，h max6m。所以精馏段分为三段，每段为2150mm；提馏段只有一段为2500mm。4 填料塔内件的结构设计4.1 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2-6-36支撑板的波形尺寸查得当塔径DN在400-800mm时波形尺寸为192。当DN1200mm

23、的支撑板，可不设置边圈。由表2-6-37支撑板结构尺寸知DN=800mm时支撑板外径：780mm，支撑板分块数：3，支撑圈宽度：40mm，支撑圈厚度：10mm。连接卡子由JB1119-81选卡子10，支撑板材料选择0Cr18Ni9。填料图1.1升气管式填料支承板4.2 填料的压紧与限位装置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。一般情况下陶瓷，石墨等脆性散装填料适用

24、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DN=800mm，故采用网纹孔板整体限位器，栅板、格条间的间距t=200mm，栅条、边圈厚度s=6-10mm，选择的材料为0Cr18Ni9，用卡子紧固，采用卡子型号为10，10为M10螺栓卡子。 液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

25、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：DN400mm时,每30cm的塔截面设一个喷淋点；DN750mm时,每60cm的塔截面设一个喷淋点；DN1200mm时,每240cm的塔截面设一个喷淋点；由于本设计的塔径D=800mm，所以每240cm2塔截面设一个喷淋点。而塔截面为：A=D24=5024cm所以喷淋点数为502424021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，孔径为310mm，小孔数按喷淋点数确定

26、。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15mm。液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50200mm，本设计取160mm。塔的内径与分布器定位块外廊的间隙为812mm。分布盘直径为D=（）D。由于塔径为600mm 800mm1200mm，所以分布盘设计成分块结构，又由于每块宽度不大于400mm，因此本设计筛孔分布器分成2块。 PAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEX

27、XXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGE

28、XXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXXPAGEXXX根据表5-41 筛孔盘式分布器的设计参考数据3/h。液体收集再分布器斜板液体收集器自由面积大，气体阻力小，一般不超过2.5mm水柱。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。本设计由于塔的直径DN=800mm，根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DN1200mm。本设计采用多孔盘式再分布器。分布盘上的孔数

29、按喷淋点数确定，孔径为36mm。升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5-56 多孔盘式再分布器的设计参考数据得，塔径为800mm的塔所采用分布盘外径D1=785mm，升气管数为6。图1.2 液 体 分 布 器5 塔设备的附件5.1 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8-6上装丝网除沫器的基本参数知：DN=800mm时，H=100mm，H=218mm，D=720mm，重量M=27.2kg。5.2

30、 裙座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DN1m,H/DN25或DN1m,H/DN30)；为防止风载荷或地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。，H/D=14960800=18.725且塔径小于一米，所以可选择圆筒形裙座。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

31、厚为6mm，所以查表8-9 裙座筒体上端面至塔釜封头切线距离h为35mm。 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Q235-B。5.3 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8-11 外螺栓座结构尺寸选取螺栓规格M273选取。图2.1地脚螺栓座5.4 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

32、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8-17 排气孔与排气管数量及规格 查出。因为本设计塔径属于6001200之间，所以排气孔直径为80mm，排气孔数量为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140mm。5.5 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。最小间隙C由表8-20 查得。5.6 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

33、长圆形两种，本设计采用圆形检查孔。根据表8-15 圆形检查孔结构尺寸和数量 裙座直径属于800900mm之间，所以开设一个圆形检查孔，直径为450mm，为200mm，中心高为 900mm。图2.2检查孔 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8-24 裙座的地脚螺栓数得，裙座底部直径为800mm的裙座最少需地脚螺栓数4个，最多为8个，本设计取个8个，其材料选择16Mn。5.9 地脚螺栓模板

34、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800mm，因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DN=800mm选用标准HT/T21639塔顶吊柱知：S=800mm，L=3150mm，H=900mm，=16810，R=750mm，e=250mm，l=110mm。吊柱采用20号无缝钢管。 塔釜隔板隔板材料一般采用Q235-A，当塔釡温度不大于-20 C或物料有腐蚀性时，隔板材料与塔釡相同，甲醇有腐

35、蚀性，则隔板采用16MnR，直径DN800mm时隔板厚度取6mm，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。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。5.12 接管回流或液体时，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T型、两端封死T型。本设计采用直管型。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8-30 清洁介质的防涡流板机构尺寸 得为了见识、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

36、头上。 管口挡板由于物料有微腐蚀性，挡板选择不锈钢，由表2-4-21知，最小厚度t=4mm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800mm的填料塔，人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HG21514标准，人孔直径选500mm为宜，小于500mm人员进入不便。5.15 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120C，应设置表温层。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

37、选用II型保温支撑件，取保温厚度=80mm，由表2-4-22保温圈宽度W=60mm。常用底封头保温支撑件一般采用M12方螺母作为保温支撑连接件，方螺母在两个方向的间距约为300mm，方螺母与接管等零件相碰时，可以调整方螺母位置。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。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2.0m，各层平台间最小距也不应大于8.0m，平台宽度为0.8-1.1m，当平台设在手孔附近时净宽不小于0.

38、9m，用于检修塔盘用的平台，宽度最好不小于1.1m，平台材料选用Q235-AF。6.2梯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1.0-1.3m，不得大于1.5m，梯子距保温层外表面至少为200mm，梯子选用Q235-AF。6 塔设备的强度设计和稳定校核6.1 筒体和封头尺寸计算塔内液柱高120液柱静压力=10=，可忽略。计算压力低压容器的圆筒厚度计算式为：查过程设备设计第二版表D1钢板许用应力在设计温度为120时，16MnR厚度为6-16mm时许用应力为=170，查过程设备设计第二版表4-3 钢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

39、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。将、 值代入上式得根据GB150中的规定：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3mm对高合金钢制容器，不小于2mm所以本设计取=3mm圆筒设计厚度式中 为腐蚀裕量，在无特殊腐蚀情况下，对于碳素钢和低合金钢，不小于1mm，故=2mm。材料为Q345R时，负偏差C=0，故C=2mm。圆筒设计厚d=+C2=3+2=5mm圆整并根据化工设备机械基础课程设计指导书附表4-1取圆筒名义厚度为=6mm,满足上述条件，则圆筒有效厚度=-=。本设计采用标准椭圆形封头封头厚度计算公式为：根据GB150中的规定：壳体加工

40、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3mm对高合金钢制容器，不小于2mm所以本设计取=3mm封头设计厚度=+2=3+mm封头名义厚度与圆筒一样，取为6mm封头有效厚度=-=6.2 载荷分析塔设备的操作质量:塔设备在水压试验时的最大质量:塔设备在停工检修时的最小质量:其中 m(kg) 塔体，裙座质量 塔段内件质量 保温材料质量（）平台、扶梯质量（）操作时塔内物料的质量 人孔、接管、法兰等附件质量 水压试验时充水的质量 偏心载荷已知塔体总高度为14.96m，而封头为厚度为6mm，内径为800mm的标准椭圆形封头，所以D/2h=2，D=4h, h=200mm所以圆筒总高为 H

41、=H-2h-2=14960-400-12=14548mm QUOTE H1=H-2h-2=14960-800-12=14048mm 查化工设备机械基础课程设计指导书附表4-1得一米高筒节理论质量为119筒体质量m1 QUOTE =14.048119=1671.712kg =查化工设备机械基础课程设计指导书附表4-3得公称直径为800mm厚度为6mm，查化工设备机械基础课程设计指导书附表4-2 以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸 得曲边高度为200mm，当10mm时，封头直边高度取25mm。封头质量=2=。取裙座高度为3200mm，裙座材料选Q235-A，一米高裙座理论质量为125裙座质量=

42、125=400所以塔体总质量=筒体质量+封头质量+裙座质量 即=+=+400=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/m3，所以全部填料的总质量为：141=液体分布器的质量：=216.8kg 填料支承装置的质量： QUOTE 48.28=33.12kg =44kg除沫器质量：根据以上的选择为27.1kg。填料压板质量： QUOTE 48.32=33.28kg 所以总质量：取保温层厚度为=80mm查化工设备机械基础课程设计指导书表5-4 塔设备部分零件

43、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4-2 以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,以保温层外径为内径的椭圆型封头的容积为。所以=式中为封头保温层质量6.2.7平台、扶梯的质量查化工设备机械基础课程设计指导书表5-4 塔设备部分零件质量载荷估算表得：钢制平台质量，笼式扶梯质量塔设备总高=已知高度-单个封头高度+裙座高度=14960-400+3200=17760mm塔设备总高取为18m, 笼式扶梯总高取为HF18m，平台数量n取4则=24查化工设备机械基础课程设计指导书附表4-2 得 封头容积=m3则=6.2.9人孔、接管，法兰等附件的质

44、量按经验取附件质量为8=塔设备的操作质量=+0=+=+=6.3 自振周期的计算已知塔径DN=800mm，塔的有效厚度=4mm，塔设备的高度H=18m，操作质量=8563.197kg，由化工设备机械基础课程设计指导书知塔设备的自振周期=1.15(s)6.4 风载荷与风弯矩的计算各计算段的外径均为=800+26=812mm塔顶管线外径：塔顶管线是气体的出口，已知设计压力： MPa设计温度： 120常温常压下气体密度：3气体流量：0.772 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：求得= m3/s操作气速为则，塔顶管线外径=315.18mm,圆整后取=350mm第段保温层厚

45、度已知为80取管线保温层厚度=80mm笼式扶梯当量宽度=400取各段平台构件的投影面积 为mm，操作平台当量宽度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180时当笼式扶梯与塔顶管线布置成90时,取下列两式中的较大值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7-5。体型系数 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=0.7.风振系数 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。对塔高的塔设备，取。而对于塔高时，则按下式计算在此设计中，塔高=，故风振系数已求出塔设备自振周期T=1.15

46、s，查化工设备机械基础表17-2，近似取衡阳地区基本风压值为350=350=假设土地粗糙度类别为B类，则由值查过程设备设计第二版表7-6得脉动增大系数=2.24，查表7-7得，脉动影响系数分别为，第段振型系数可根据/查7-8得到各计算段的水平风力将以上讨论数据整理如表表风载荷与风弯矩的计算计算内容数据012233顶各计算段的外径()812塔顶管线外径()350第段保温层厚度()80管线保温层厚度()80笼式扶梯当量宽度400各计算段长度()1000200070008000操作平台所在计算段长度()1000200070008000平台数0013操作平台当量宽度00540各计算段的有效直径()13

47、721372162919121482148217392022各计算段顶截面距地面高度()131018风压高度变化系数体型系数风振系数塔设备自振周期()350脉动增大系数脉动影响系数61.00第段振型系数0.020.40各计算段的水平风力639塔设备任意截面处的风弯矩按下式计算：塔设备底截面的风弯矩为 代入数值得=+639（）+（）+（）=1-1截面的风弯矩为 代入数值的得=639（）+（）+（）=2-2截面的风弯矩为 带入数值得=（）+（）=6.5 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

48、，计算出它的地震载荷。首先，选取计算截面（包括危险截面）。该课题中将全塔分为4段。其计算截面分别为0-0、1-1、2-2、3-3，其中0-0、1-1、2-2为危险截面。由过程设备设计第二版表7-9取第二组类场地土的特性周期为0由过程设备设计第二版表7-10取设防烈度为8时地震影响系数最大值为=0.16。地震影响系数按计算，即=设等直径、等壁厚塔设备的任意截面距地面的高度为，基本振型在截面处产生的地震弯矩为式中为塔单位高度上的质量即当塔设备H/D15或H20m时，还需考虑高振型的影响，这时应根据第一、二、三振型，分别计算其水平地震力及地震弯矩。然后根据振型组合的方法确定作用于质点处的最大地震力及

49、地震弯矩。这样的计算方法很复杂，所以在进行稳定和其他验算时，可按一种简化的由第一振型的计算结果估算地震弯矩的近似算法即计算由此可得底截面处地震弯矩18000=107Nmm截面1-1处地震弯矩107Nmm截面2-2处地震弯矩107Nmm6.6 偏心弯矩该塔设备中无再沸器，故偏心弯矩为0。6.7 最大弯矩最大弯矩取和两者中的较大值计算数据如表表最大弯矩选择计算内容计算公式及数据00截面11截面22截面 最大弯矩6.8 强度校核由设计压力引起的轴向应力=此应力只存在于筒体，裙座上由设计压力引起的轴向力为0操作质量引起的轴向应力=最大弯矩引起的轴向应力，由此式可计算出：0-0截面上最大弯矩引起的轴向应

50、力1-1截面上最大弯矩引起的轴向应力2-2截面上最大弯矩引起的轴向应力查过程设备设计第二版附表D1的设计温度下16MnR的许用应力为170，Q235-A的许用应力为113载荷组合系数等于系数=41根据A值查过程设备设计第二版图4-7得16MnR在设计温度下的系数B=118，Q235-A在设计温度下的系数B=93，许用轴向压应力取KB和K中较小值对内压容器圆筒最大组合压应力，最大组合拉应力K就满足要求数据整理如表表圆筒组合应力计算及校核计算内容计算数据001122B9393118KB K 204K 1 圆筒最大组合压应力（）55满足要求圆筒最大组合拉应力（）K满足要求，进行压力试验时，试验压力=

51、查过程设备设计第二版附表D1得 筒体常温屈服点=3452-2截面345=2-2截面筒体的许用轴向压应力取及中较小值即由试验压力引起的周向应力当试验介质为水时，单位转换成的液柱静压力为，式中为1800，所以=（满足要求）试验压力引起的轴向应力=重力引起的轴向应力=弯矩引起的轴向应力=压力试验时最大组合压应力=+=压力试验时最大组合拉应力=-+=塔设备常采用裙座支承。被设计中选择圆筒形裙座，圆筒形裙座轴向应力校核首先选取裙座危险截面。危险截面的位置，一般取裙座底截面（0-0）或裙座检查孔（人孔）和较大管线引出孔（）界面处。然后按裙座有效厚度验算危险截面的应力。（0-0）截面处（0-0）截面积=80

52、06=15072（0-0）截面系数=由前面计算知，裙座许用轴向应力取以上两者中较小值为座体操作时底截面的最大组合轴向压应力应满足如下条件：裙座许用应力，其中仅在最大玩具为地震弯矩参与组合时计入此项。故，在此， =，满足要求检查孔加强管长度取为120，检查孔加强管水平方向的最大宽度取为450检查孔加强管厚度取与筒体壁厚一致为6=21206=14401-1截面处裙座筒体截面积=9232=1-1截面处裙座筒体截面系数=1-1截面组合应力操作时底1-1截面的最大组合轴向压应力应满足如下条件裙座许用应力，其中仅在最大玩具为地震弯矩参与组合时计入此项。故，在此， =，满足要求水压试验时，最大组合轴向压应力

53、应满足如下条件：裙座许用应力=，满足要求群座内径=800裙座外径=800+26=812基础环内外径计算公式分别为=800+300=1100=800-200=500其中基础环截面系数=基础环面积=mm基础环伸出宽度=144基础环伸出部分平均周长为=300184地脚螺栓承受的最大拉应力取=和=中的较大值。其中仅在最大玩具为地震弯矩参与组合时计入此项。=故基础环地脚螺栓承受的最大拉应力0，塔设备必须设计地脚螺栓。先将地脚螺栓个数取为20（4的倍数）材料选择Q235。对于Q235，取许用应力=147地脚螺栓腐蚀裕量取为3则地脚螺栓螺纹小径=+3=故取地脚螺栓满足要求20个地脚螺栓均布排列，每一个地脚螺

54、栓两侧，基础环与盖板之间要设置筋板，相邻两筋板最大外侧间距取为120基础环材料许用应力：对于低碳钢材料取为140。水压试验时的压应力=操作时压应力=混凝土基础上的最大压力取以上两者中的最大值，即：=1.2，由表5-11知对轴的弯矩=-负号表示方向对轴的弯矩=计算力矩取以上两者中大值 即：=故，有筋板时基础环厚度无论有筋板或无筋板侧基础环厚度都不得小于，故 此设计中取基础环厚度筋板的许用应力按如下公式计算当时，当时筋板细长比，且不大于250式中为惯性半径，对长方形截面的筋板取， 筋板长度=205，故筋板细长比=临界细长比，式中为筋板材料的许用应力，对低碳钢材料取140E为近半材料弹性模量，所以=

55、， 故=筋板的压应力可按下式计算 ，式中为一个地脚螺栓承受的最大拉力，可用式计算，=kN为对应一个地脚螺栓的筋板个数，取=2故选支座号为3的型筋板，筋板宽度=125，筋板厚度为=8，筋板长度=205故=筋板的压应力筋板的许用应力，满足要求。环形盖板的最大应力按下式计算无垫板时有垫板时式中-垫板上地脚螺栓孔直径，；=27盖板上地脚螺栓直径，；=40筋板宽度，；=125筋板内侧间距，；=120垫板宽度，；=50盖板厚度，；=16垫板厚度，。=12一般环形盖板厚度不小于基础环厚度。无垫板时=有垫板时=盖板最大应力应等于或小于盖板材料的许用应力，即。对低碳钢盖板的许用应力=140，由计算结果可知=14

56、0，满足要求。的对接焊缝截面2-2即裙座与塔壳对接焊缝截面，此处的剪应力按下式校核：其中仅在最大弯矩为地震弯矩参与组合式计入此项。式中-裙座顶截面内直径，=800-设计温度下焊接接头的许用应力，取两侧母材许用应力的小值，即=113=，满足要求。由前面计算已知，塔顶管线外径为350，即进气口与排气口的公称直径为350，查化工设备机械基础课程设计指导书附表4-13，选择对应补强圈尺寸为外径为620，内径按补强圈坡口类型确定。厚度取8进液口公称直径=式中为液体流速，参照化工原理取低粘度流体在管道中的流速，=3故 =，故取进液管直径=50，考虑液体流下时速度会增加，取出料口直径各接管选取如表表符号公称

57、直径连接面形式用途符号公称直径连接面形式用途450人孔100突面回流口32突面温度计25突面取样口350突面进气口15突面液面计100突面加料口80突面出料口25突面压力计500突面人孔350突面排气口参考文献1汪镇安，化工工艺设计手册【M】.北京：化学工业出版社，20032谭蔚. 化工设备设计基础【M】.天津：天津大学出版社，20073贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计【M】.天津：天津大学出版社，20004曲文海. 压力容器与化工设备实用手册（上、下）【M】.北京：化学工业出版社,20005郑津洋, 董其伍, 桑芝富.过程设备设计【M】.北京：化学工业出版社，20056祈存谦，丁楠，吕树申

58、.化工原理【M】.北京：化学工业出版社，20097魏文德有机化工原料大，第二版【M】北京：化学工业出版社，19998谢克昌，李忠甲醇及其衍生物【M】北京：化学工业出版社，20029吉林化学工业公司化肥厂二氧化碳参加合成甲醇反应试验石油化工设计197710化学工业出版社化工生产流程图解【M】北京：化学工业出版社，199011王树楹现代填料技术指南【M】北京：中国石化出版社，199812马连湘，刘光启【M】.北京：化学工业出版社，200313路秀林，王者相. 化工设备设计全书-塔设备【M】.北京：化学工业出版社，200314李玉龙.甲醇的生产工艺及其发展现状. 中国海洋大学.附 录Energy-s

59、aving technology of distillation processAbstract: Distillation is a chemical, petrochemical, pharmaceutical and other important unit operation in process; this paper focuses on energy-efficient distillation process. Heat from the distillation process full use; improve the separation efficiency of di

60、stillation systems, improve product recovery to achieve lower energy consumption; reduce the energy needs of the distillation process and the strengthening of management aspects, discusses in detail the energy-saving technology of distillation process.Keywords: distillation; energy1 IntroductionIn i