年产3.6万吨乙烯精馏浮阀塔设计毕业设计论文

摘要随着社会的发展与进步，我国乙烯的市场需求量急剧增加，乙烯进口量逐年增加，国内产品市场占有率还不到百分之五十。乙烯工业是石油化工产业的龙头，其发展水平早已成为衡量一个国家综合经济实力的重要标志之一，在石油化工产业乃至国民经济发展中占有极其重要的地位。塔设备在化工、石油、医药、食品及环境保护等工业部门中广泛使用的重要生产设备，是一种十分重要的单元操作设备。塔设备的作用在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行，从而达到相际间进行传质及传热的目的；还可以使接触后的气、液两相能够及时分开，互不夹带。塔设备主要应用在石油化工行业，其种类颇多，按操作压力分有加压塔，常压塔及减压塔；按内件结构分有填料塔、板式塔；还有按单元操作分有精馏塔，吸收塔，介吸塔，萃取塔，反应塔，干燥塔等。本次设计的是年产3.6万吨乙烯精馏浮阀塔。浮阀塔是20世纪50年代前后开发和应用的，并在石油、化工等工业部门代替了传统使用的泡罩塔，成为当今应用最广泛的塔型之一，并因具有优异的综合性能，在设计和选用塔型时常是被首选的板式塔。本次设计主要包括三大方面的内容：一是工艺计算；二是强度及稳定性的计算；三是专题部分的补充。第一部分主要进行了物料衡算，塔内物件尺寸的确定，塔温、塔板数的计算以及各种管径的确定，附属设备的选择等等。第二部分主要是在强度及稳定性计算中计算出塔器的各部分质量，从而对塔的三个危险截面进行校核，主要是质量载荷，风载荷与地震载荷的计算，另外还要进行补强的计算。最后即是专题部分：吊柱的选用与校核。关键词:板式塔;精馏设备;填料塔AbstractWiththesocialdevelopmentandprogress,China'sethylenemarketdemandforasharpincreaseintheamountofethyleneimportsincreasedyearbyyear,thedomesticmarketshareoflessthan50percent.Ethyleneistheleadingpetrochemicalindustry,anditslevelofdevelopmenthasbecomethemeasureofacountry'scomprehensiveeconomicstrength,animportantsign,occupiesanextremelyimportantpositioninthepetrochemicalindustryandthenationaleconomy.Importanttowerproductionequipmentinthechemical,petroleum,pharmaceutical,foodandenvironmentalprotectionandotherindustrialsectorsarewidelyused,itisaveryimportantunitoperationequipment.Youcanalsopostthecontact;theroleofthetowerequipmenttoprovidegasandliquidphasesopportunitytofullcontact,sothatquality,twokindsofheattransferprocesscanbecarriedoutquicklyandefficiently,soastoachievethepurposeofphaseinterpersonalconductmasstransferandheattransferthegasandliquidphasescanbeseparatedintime,anddonotentrainment.Towerequipmentmainlyusedinthepetrochemicalindustry,anditsmanytypes,accordingtotheoperatingpressuredividedpressurizedtower,atmospherictowerandvacuumtower;internalsstructuredividedbythepackedtower,platetower;therearedividedbyunitoperationfractionator,absorber,dielectricabsorptiontowers,extractioncolumn,reactiontower,dryingtower.Thedesignisanannualoutputof36,000tonsofethylenedistillationtowerfloatvalve.Floatvalvesbeforeandafterthe1950s,thedevelopmentandapplicationof,andinthepetroleum,chemicalandotherindustrialsectorsinsteadofthetraditionaluseofthebubblecolumn,becomingthemostwidelyusedtypeofoneofthetowers,andbecauseofexcellentoverallperformance,inthedesignandselectionoftowertypeitisoftenpreferredplatecolumn.Thedesignmainlyincludesthreeaspects:First,thecalculationprocess;thesecondistocalculatethestrengthandstability;thirdistocomplementthethematicsegment.Thefirstpartwasthematerialbalance,thetowerobjecttodeterminethesize,columntemperature,thecalculatednumberofplatesofvariousdiametersanddeterminethechoiceofancillaryequipmentandsoon.Thesecondpartisthequalityofeachpartofthetoweriscalculatedinthecalculationofstrengthandstability,thusdangeroussectionofthethreetowerstobechecked,mainlythemassload,calculatewindloadsandseismicloads,butalsoforadditionalcalculatedreinforcement.Thatlastpartisthematic:davitSelectionandVerificationKeywords:TrayTower;DistillingEquipment;目录TOC\o"1-3"\h\z前言 前言塔设备是化工、石油、医药及环境保护等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能是提供气、液两相充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；而且能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同一设备中进行。根据塔内气、液两相接触部件的结构型式，塔设备又可分为填料塔和板式塔两大类。填料塔和板式塔均可用于蒸馏、吸收等气-液传质过程，但在两者之间进行比较及合理选择时，必须考虑多方面因素，如与被处理物料性质、操作条件和塔的加工、维修等方面有关的因素等。填料塔内装有各式各样的固体填充物，即填料。填料是填料塔的核心内件，它为气-液两相接触进行传质和换热提供了表面，与塔的其他内件共同决定了填料塔的性能。液相由塔顶喷淋装置分布在填料层之上，靠重力的作用沿填料表面流下；气相则在压强差的推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液两相在填料的润湿表面上进行充分接触，其组成沿塔高连续地变化。板式塔是一种逐级接触的气-液传质设备。塔内以塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气-液两相密切接触而进行传质与传热，两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。目前在工业生产当中，在分离程度要求高、具有腐蚀性的物料、容易发泡的物料以及对于热敏性物料的蒸馏分离等情况下，宜选用填料塔。在塔内液体滞液量较大、液相负荷较小以及含固体颗粒等情况下，宜选用板式塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔居多；吸收操作的规模相对较小，故采用填料塔居多。1——1——气体出口2——液体入口3——塔壳4——塔板5——降液管6——出口溢流偃7——气体入口8——液体出口图1-1板式塔结构简图浮阀塔板的结构特点：在塔板上有若干个阀孔，每个阀孔上装有一个可以上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转90°，以限制阀片升起的最大高度，并且防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯曲的定距片，当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落于阀孔上，在一定程度上可以防止阀片与板面的粘连。操作时，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿水平方向进入液层，随即增加了气液接触时间，浮阀开度随气体负荷而变，在低气量时，开度较小，气体仍能以足够的气速通过缝隙，避免过多的漏液；在高气量时，阀片自动浮起，开度增大，使气速不致于过大。浮阀塔板有生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，塔板结构及安装较为简单、重量较轻、制造费用低等优点。然而其缺点就是：在气速较低时，仍有塔板漏液，故低气速时板效率有所下降；浮阀阀片有卡死和吹脱的可能，这会导致操作运转及检修的困难；塔板压力降较大，妨碍了它在高气相负荷及真空塔中的应用。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章工艺计算第一章工艺计算1.1物料衡算1.1.1塔顶产品量按7200小时/年考虑，摩尔流量(C2H4):178.25kmol/h[1]1.1.2塔釜、塔顶流量及组成表1.1进料各组分组成及性质组分C2H4C2H6C3H6CH4沸点-103.7-88.6oC-47.7-161.5分子量28.0530.0742.0816.04组成0.889890.098430.005100.00658选择乙烯为轻关键组分，乙烷为重关键组分，比乙烯沸点低的甲烷是轻组分，比乙烷沸点高的丙烯是重组分，两关键组分挥发度相差较大，且两者是相邻组分，为清晰分割情况，比重关键组分还重的丙烯在塔顶不出现，比轻关键组分还轻的甲烷在塔顶不出现。这样塔顶馏出液由甲烷乙烯和少量乙烷组成。塔釜由丙烯乙烷和少量乙烯组成。规定：塔顶乙烷含量，<0.001塔釜乙烯含量〈0.03即XDC2H6=0.001,XWC2H4=0.03表1.2塔顶、塔釜流量组分C2H4C2H6C3H6CH4∑进料量KMol/h88．9899．8430．5100．658100塔顶产品流量KMol/h89-0．0.03w0.00100.658D塔釜产品流量KMol/h0.03w9.843-0.001w0.5100W在全塔内对对各个组分进行物料衡算：对于CH4：0.00658F=DxDCH4对于C2H4：0.88989F=DxDC2H4+WxWC2H4对于C2H6：0.09843F=DxDC2H6+WxWC2H6对于C3H6：0.00510F=WxWC3H6对C2H4进行物料衡算得：0.88989F=DxDC2H4+0.03W(1-1)又有：F=D+W(1-2)根据：D=DxDCH4+DxDC2H4+DxDC2H6即：D=0.00658F+178.25+0.001D代入数据，解得：F=201.022kmol/hD=179.752kmol/hW=21.270kmol/h所以又可求：XDC2H4=0.99164XDCH4=0.00736XWC2H6=0.9218XWC3H6=0.04820则塔顶塔釜摩尔分率及摩尔流量列于表3表1.3塔顶塔釜摩尔分率及摩尔流量组分C2H4C2H6C3H6CH4∑塔顶产品摩尔流量178.250.17901.3230179.752组成0.991640.00100.007361塔底产品摩尔流量0.638119.60671.0252021.270组成0.030.92180.04820011.2确定塔温1.2.1塔釜温度的确定查P-T-K图，计算y=KX=1[2]（1-3）假设泡点温度为20℃则可查烃类P-T-K得C2H4、C2H6、C3H6、CH4得K依次为20.5,16,4.6,7.6代入得=0.03×20.5+0.9218×16+0.04820×4.6+0×7.6=15.6>1说明此泡点温度过高。假定温度为-10℃=1.34×0.03+0.93×0.9218+0.28×0.04820=0.911<1假定温度为-2OC=1.54×0.03+1.24×0.9218+0.33×0.4820=1.205所以：塔釜温度为-2℃1.2.2塔顶温度的确定采用全凝器。采用P-T-K图查出ki值计算y=KX塔顶温度=1假设露点温度为-20℃==++=0.913<1说明此温度偏高假设露点温度为-25℃：==++=1.036>1试差法：-25℃+×1=-24.29℃所以：塔顶温度为-24℃1.2.3进料温度查P-T-K图，计算y=KX=1（1-4）假设泡点进料且温度为-20℃=1.34×0.88989+0.927×0.09843+0.267×0.0051+5.55×0.00658>1说明此进料温度过高假设进料温度为-23℃=1.01×0.08989+0.682×0.09843+0.179×0.0051+5.05×0.00658=1.00006所以：进料温度为-23OC对塔的各部位温度列于表4中表1.4塔的温度列表塔底塔顶进料-2℃-24℃-23℃1.3塔板数的计算1.3.1确定最小回流比假定塔内各组分的相对挥发度恒定，且为衡分子流，由恩德无德公式视差求。++……+=1-q………（1-5）++……+=RM+1…………（1-6）式中：XFA,XFB,XFC——进料中A，B，C组分的分子分数；XPA，XPB，XPC——塔顶组分A，B，C组分的分子分数；q——进料热状态参数。泡点进料，q=1;[3]有关数据及αi列表5如下：表1.5有关数据及αi列表组分C2H4C2H6C3H6CH4∑XF0.889890.098430.00510.006581XP0.991640.00100.007361KI1.010.6820.1795.05αi1.4810.267.4将数据带入（1）式中：试取θ计算：θ=1.533(1)式=0.07530θ=1.35(2)式=-0.03740可求得θ=1。48，将θ带入（2）式，求的Rm,解得：Rm=2.2664取回流比R=1.5×Rm=确定最小理论板数理论回流比可取为1.5R=3.261.3.3确定理论板数理论板层数由芬斯克方程求NN==31.256(1-7)=0.3469(1-8)查吉利兰图[1]得=0.36解得N=43.2取44块（不包括再沸器）所以：理论塔板数为44块。1.3.4实际塔板数E=0.49（）塔顶，塔釜的平均温度T=-13℃查烃类P-T-k图，得平衡常数：KC2H4=1.455,KC2H6=0.839——相对挥发度为：=1.7432==0.88989×0.07+0.09843×0.07+0.0051×0.0051+0.00658×0.02=0.06999解得E=0.898所以：实际板数N==44/0.898=48.9取49块1.3.5确定进料板位置精馏段板数n=（1-9）提留段板数m=(1-10)m+n=49（注：其中为轻关键组分对重关键组分相对挥发度，取塔顶、进料、塔釜三处得几何平均值）[5]（）==1.642（）==1.732则n=26.63取27块则提留段板数为m=49-27=221.4塔径计算1.4.1精馏段塔径（1）气液相负合及重度精馏段以塔顶为计算基准，表1.6塔顶各组分得临界性质列组分%分子Pc(kg/cm2)Pc×%（分子）TcTc%分子分子量M%分子C2H40.9916450.4830.076282.9280.628.0527.8C2H60.00148.290.0482`305.330530.070.07CH40.0073645.790.334190.91.3910.040.117合计150.46282.327.947对比压力：===0.42对比温度：==0.882查得压缩系数Z=0.75塔顶上升蒸汽量：G=VD=（R+1）D=571kmol/h体积流量：=416.4立方米/小时塔顶上升蒸汽重度：Υv=38.32kg/m3表1.7进料各组分得临界性质组分%（分子）Pc（kg/cm2）Pc%分子TcTc%分子分子量M%分子C2H40．8898930．4844.922282.9251.7528.0524.96C2H60.0984348.294.75305.330.0530.072.96C3H60.005145.370.23364.91.8644.090.215CH40.0065845.790.3190.91.2616.040.11合计50.2284.9228.25对比压力：===0.418对比温度：==0.872查得压缩系数Z=0.691体积流量：=0.107M3/S精馏段气相负合：=0.113M3/S表1.8塔底各组分得临界性质组分%（分子）Pc(（kg/cm2）Pc%分子TcTc%分子）分子量M%分子C2H40．0350．480．153282．90．85728．050．085C2H60．921848．5645．87305．8289．630．928．45C3H60．0482045．76190．8305.3281.425530.0727.7185CH4045.37190．916．04合计145．79308．330．76对比压力：===0.436对比温度：==0.879查得压缩系数Z=0.70上升蒸汽量：G=VD=（R+1）D=（3.26+1）×124.849=571公斤/小时体积流量：=422.9立方米/小时查《轻碳氢化合物数据手册》图2-15、2-17[5]得各组分重度；表1.9塔顶各组分重度组分C2H4C2H6C3H6CH4重度0．4250．4650表1.10进料各组分重度组分C2H4C2H6C3H6CH4重度0．4210．4620．54表1.11塔釜各组分重度组分C2H4C2H6C3H6CH4重度0．350．4270．555——塔顶各组分质量流量百分比：qDC2H4=0.928qDC2H6=0.001qDCH4=0.0042解得γlD=0.4575塔底各组分质量流量百分比：QwC2H4=0.00276qwC2H6=0.9363qwCH4=0.0712解得γlWw=0.4339则精馏段液相重度===445.5kg/m3液相负荷=26.95m3/h动能参数=0.2236取板间距H=0.4m塔板上清液层高度为=0.07m查史密斯关联图得C=0.05查《轻碳化合物》图4-1、4-2[6]得表面张力表1.12混合液的表面张力甲烷乙烯乙烷丙烯03.486.2113.6=0.9916×3.6+0.001×6.2=3.46由式=（）得==0.0352(1-11)塔顶最大空塔速度Wmax=C=0.1136m/s空塔气速W=0.7×W=0.7×0.1142=0.0795m/s精馏段塔径D==1.535m取精馏段塔径D=1.6m精馏段实际空塔气W=0.072m/s相应的空塔动能因数为F=0.072×=提馏段塔径提馏段气象重度`=V/Vs=43.52提馏段液相重度==430.69提馏段液相负荷=0.1121m3/s则提馏段气相负荷：Ls、=RD+qF=38.12m3/h查史密斯关联图得C=0.045查《轻碳化合物》图4-1、4-2[4]得表面张力Ρc2h4=1.21Pc2h6=3.59Pc3h6=10.49混合液的表面张力=3.925==0.0325最大空塔速度:Wmax=C=0.0969空塔气速：W=0.7×W=0.0678m/s提馏段塔径D==1.62;取塔径1.6m馏段实际空塔气W`=0.073m/s1.5塔内物件的工艺尺寸1.5.1溢流程数的选择（1）根据塔径1.6米，液相负荷30～40m3/h，查《有机化合物》表9-5[8]可知选单流型即可满足要求。采用工型浆液板，分块式塔盘。（2）校核溢流强度堰长：lW=0.7×D=0.7×1.6=1.12m精馏段校核：i=ls/lw=27.5m3/h;提馏段校核：I、=ls、/lw、=38.9m3/h;（3）塔堰高的确定Hl=hw+howhl——塔板上清液层高度;hww——出口堰高度how——堰上清液层高度精馏段：how=0.03459提留段：how、=0.037（4）降液管面积查《浮阀塔》表3-3[9]知=0.143=0.0878塔板面积A==0.785×1.6=1.54㎡堰宽W=0.143×1.6=0.2m溢流面积A=0.878×A=0.1385㎡（5）校核液体在降液管内停留时间精馏段t==7.4s5s提馏段t==5.2s5s降液管出口处的流体流速：精馏段：Ud=Ls/Af=0.054m/s;提馏段：Ud’=ls’/Af=0.77m/s（6）降液管下端距塔盘的距离h：h=(1-12)w降液管下端出口处的流速一般取0.07~0.25m/s可取0.2m/s精馏段ho==0.0382m〈h=0.07m提馏段ho==0.054〈h=0.07m取距离为：h=0.05m（7）浮盘数采用F-1重阀,阀孔直径为39。精馏段临界阀孔气速：==1.387m/s提馏段临界阀孔气速:、==1.326m/s开孔率×100%=5.2%阀孔总面积：精馏段：A==0.08m2提馏段:A==0.0847m2精馏段阀数:N==67个提馏段阀数:N==70个精馏段与提馏段取相同的阀孔数：为68个。（8）塔盘的布置安定区Wf=0.06m;无效区Wc=0.05m按照等边三角形叉排列则中心距t=105mm.1.6流体力学验算1.6.1气体流过塔板的压降正常操作，浮阀全开。干板压力降:hp=hc+hl+h全开前:hc=0.7=0.000685米液柱全开后hc=5.34=0.046米水柱hl=0.4hw+how=0.4×0.43+0.027=0.0442米水柱克服表面张力压降h可忽略hp=hl+ho=0.074米水柱1.6.2液泛校核逸流管内液成高度：Hd=hl+hp++hd+hv(1-13)hd=0.153=0.042米液柱对hv可忽略不计，对浮阀塔可忽略不计又因操作压力小于30大气压hv可以忽略，故溢流管内液层高度Hd=hl+hp+hd=0.144米取充气因子β=0.5，β（HT+hw）=0.5×(0.4+0.0374)=0.218>0.144所以可以避免液泛。1.6.3雾沫夹夹带情况精馏段V==0.033mm3/s[6](1-14)提馏段V==0.0346mm3/sZ=d-2Wd=1.4-2×0.2=1.0mAa=AT-2Af=1.54-2×0.135=1.27立方米K取0.85CF查《基本有机化学工程》图9-28[9]可知CF=0.107则精馏段:F1==33.3<80%提馏段F1=38.3%<80%所以产生的雾沫夹带量不超过0.1公斤液体/公斤蒸汽，符合要求。1.7安全操作范围和操作线1.7.1精馏段（1）液相负荷上限:取t=3秒==0.985立方米/秒(1-15)液相负荷下限:因采用平直堰=0.000854×0.98=0.000837mm3/s气相负荷下限::==0.0632mm3/s气相负荷上限——液泛线A==3.83B==0.5×0.4+(0.5-1.4)×0.043=0.1685C===99.57D==1.265所以液泛线为：3.83雾沫夹带线为：9.88操作弹性为：v上/v下=2.551.7.2提馏段液相负荷上限:取t=3秒=0.0185mm3/s液相负荷下限:因采用平直堰=0.00837mm3/s气相负荷下限::==0.0615mm3/s气相负荷上限:液泛线A==4.3B==0.1685C===99.56D==1.2654.3(1-16)所以雾沫夹带线为得10.46用计算机绘出个操作线如图1-1。操作弹性为：v上/v下=2.76图1-1提馏段操作线1.8附属设备的选择1.8.1全凝器的选择选用冷凝介质为-35℃液氨塔顶温度为-24℃，混合蒸汽的汽化热对全凝器进行热量恒算，以单位时间为基准并忽略热损失，所需传递的热量。表1.13焓差成分甲烷乙烯乙烷含量0.00740.99160.001焓差（千卡/公斤）112-25150-75156-63Qc=VIVD-（LILD-DICD），因为V=L+D=（R+1）D，所以：Qc=（R+1）D（IVD-ILD）=213761kj/h1.8.2再沸器的选择以再沸器为系统进行热量恒算，各成分的焓差表1.14焓差成分乙烯乙烷丙烯含量0.030.94740.04954焓差（千卡/公斤）150-75158-80160-68QB=V/IVW+WILW-L/ILW+QL，QL——为再沸器的热量损失，IVW——为再沸器中上升蒸汽的焓，ILW——为釜液的焓，提馏段底层板下降液的焓。QB=V/IVW+WILW-L/ILW+QL=19396kj/h[7]（1-17）1.8.3回流泵的选择回流量L=RD=441KMol/h，(1-18)所以体积流量：Vs=27m3/h。所以泵选择扬程为30m.1.9管径设计1.9.1塔顶蒸汽管查表得蒸汽气速12~20立方米/秒蒸汽量立方米/秒D=(1-19)取v=15m/s则得D=0.0918m，取Φ219×6的管。公称直径为Dg回流管管径因为回流泵所取2m/s=0.0756(1-20)取=Φ108×4公称直径为Dg进料管管径料液由高位大槽进入塔内WF取0.6m/s，则=0.075取Φ108×6的管。公称直径为Dg塔釜出料管=0.0216(1-21)取Φ76×4的管。公称直径为Dg进再沸器管=0.122m,取Φ219×6的管。公称直径为Dg再沸器蒸汽入塔器取速度为5m/s,则=0.055m取Φ194×6的管。公称直径为Dg175.沈阳化工大学科亚学院学士学位论文沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章强度及稳定性计算第二章强度及稳定性计算2.1圆筒和封头的厚度和强度计算圆筒和封头材料选用16MnDR,许用应力[б]=163mpa.圆筒计算厚度[8]：б=PcDi/（2[б]tФ-Pc）（2-1）其中：Pc——计算压力，Pc=1.1P=1.3mpa；Ф——焊接接头系数，取1；按GB709-65,钢板厚度负偏差C1=1mm，腐蚀余量取1mm；б=2.3×1.4/2×16381-0.3=9.95mm取钢板名义厚度бn=12mm.封头厚度计算:标准椭圆封头K=1;б=PcDi/（2[б]tФ-0.5Pc）=9.91mm取钢板名义厚度бn=12mm.实验压力校合：液压实验校合：Pt=1.25P[б]/[бt]=1.25×163=2032.2载荷的计算2.2.1质量载荷的计算:H=53×0.4+4×0.3+1.6+2+1.5+3=30.1m塔壳和裙座的质量m01=π/4[1.4+0.015×2）2-1.42]×（27.8+3）×7.85×103(2-2)=π/4（1.4302-1.42）×30.8×7.85×103=15721㎏。人孔、法兰、接管等附件质量:ma=0.25m01=2873㎏。内构件质量m02=π/4×1.42×55×75=6235㎏。（单位面积重75㎏）保温层质量m03=π/4[(1.4+0.012×2+0.2)2-(1.4+0.012×2)2]×27×45=582㎏.平台、扶梯质量：m04=40×30+π/4[(1.63+0.05×2+1.2×2)2-(1.63+0.05×2)2]×150×6×1/2=1200+49681.1=3924㎏.操作时塔内物料质量m05=π/4×1.42×0.07×450×55=3670㎏.充水质量mw=π/4×1.42×27×1000=38484㎏.塔器的操作质量m0=m01+m02+m03+m04+m05+ma=32765㎏，塔内的最大操作质量mmax=m01+m02+m03+m04+ma+mw=47592㎏塔内的最小操作质量mmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma=24107㎏将塔沿高度分成5段，每段高为6m，(如图2-1所示)图2-1塔结构其质量列入表2.1中。表2.1质量项目段号项目段号123456m01+ma143641436414364143641436414364m0245015951595159515951595m03366879880880880880m04150943943943943943m05150880880880880880mw150092469246924692469246m0140078417841784178417841mmax200011398113988063.91139811398mnin1000577757775777577778415777577757772.2.2塔的自振周期T1=90.33H（m0H/EδeDi3）1/2×10-3,[9]（2-3）其中δe=δn-c=15-0.25-1.2=13.55mmT1=90.33×30000（36789.5×30000/2×105×13.55×14003）1/2×10-3=1.4s2.2.3地震载荷及地震弯矩的计算表2.2地震力和地震弯距塔段号项目12345操作质量mikg14007841784178417841集中质量距地高度himm30009000150002100027000hi1.55．224．656．994137mihi1.5727．52．07×1054．468×1057．37×10510．74×105mihi30．378×10554．7×105254×105693×1051410×10510A=∑mihi1.5i=12．464×10610B=∑mihi3i=12．4117×107k1=0.0530.2690.5810.961.4Cδ0.5塔段号项目12345α1=(Tg/T)αmax0.146Fk1=Cδα1yk1mkg53.1510326253907860αvmax=0.65αmax0.2952Meg=0.75Mo24573.5Fv=gαvmaxMeg70512.5Mi×hi4200695491.16×10^51.62×10^52.08×10^55.603×10^8527.687531.46×10^42.04×10^42.6×10^4Fki×hi159×10^31.34×10^74.83×10^71.11×10^82.09×10^83.82×10^8H/Di=51.7/2.2=28.045>15[10]须考虑高振型影响。=1\*ROMANI-=1\*ROMANI截面地震弯矩：=2\*ROMANII-=2\*ROMANII截面地震弯矩：2.2.4风载荷和风弯矩计算：将塔沿高分成6段（如图2-2所示）图2-2塔结构表2.3塔段塔段号项目123456塔段长度m0—55—1010—1515—2020—2525—30441N/m20.7（B类）3.086（B类）0.720.7f20.790.790.850.850.05460.2750.360.5720.7910.811.76塔段号项目123456mm500050005000500050005100mm400mm500mm2324330057757238950513596158840-0截面风弯矩:=1.045065×10^9N×mm=2\*ROMANI-=2\*ROMANI截面风弯矩：=2\*ROMANII-=2\*ROMANII截面风弯距ME=0.4P1（）+P2（L1-3000+）+P3（L1-3000+L2+）=8.8817×10^8Nmm2.2.5最大弯矩塔底部见面0—0处：[11]取其中较大值（2-4）=2\*ROMANI-=2\*ROMANI截面:=2\*ROMANII-=2\*ROMANII截面2.3应力校核2.3.1圆筒应力校核：验算塔壳=2\*ROMANII-=2\*ROMANII截面处操作时和压力实验时的强度和稳定性如表2.4表2.4强度与稳定性表计算截面=2\*ROMANII-=2\*ROMANII计算截面以上的塔操作质量31300计算截面的横截面积48380塔壳有效厚度11mm计算截面的截面系数1.692×10^7最大弯矩8.82×10^5许用轴向压应力取小值（k取1.2）192Mpa许用轴向拉应力195.6Mpa操作压力引起轴向拉应力66.8MPa重力引起轴向应力6.34MPa弯矩引起的轴向应力52.5Mpa轴向压应力6.34+52.5<192组合拉应力66.8-6.34+52.5<192液柱静压力（26.88Mpa液压试验时计算截面以上的塔的质量2975kg许用轴向压应力取小值192Mpa许用轴向拉应力340.2许用周向应力283.5Mpa周向应力压力引起的轴向应力83.5Mpa重力引起的轴向应力13.8Mpa弯矩引起的轴向应力15.75Mpa轴向压应力29.55<168组合拉应力85.45<1762.3.2裙座壳轴向应力校核：（1）0—0截面裙座壳为圆筒形材料为16计算系数：查得B=160Mpa该塔由风弯矩控制所以不计（2-5）底部截面积：底部截面系数：取195.6Mpa取19.56Mpa（2）管线因出口=2\*ROMANI-=2\*ROMANI截面处的组合应力：,bm=450mm,lm=110mm,Dim=1398mmAsm==2\*ROMANIIDim=54232mm2（2-6）截面系数：zsm=1.675×10^7㎜3应力校核：<即：263<2.4基础环结构设计及校核2.4.1基础环基础环外径：基础环内径：查表得：Mx>My所以：Ms=Mx=11632Nmm基础环的厚度：取2.4.2地脚螺栓计算：地脚螺栓承受的最大拉应力：=（2-7）得=2.45Mpa.地脚螺栓螺纹小径计算：（2-8）腐蚀余粮取3mm.材料Q235A.选用螺栓M36×4则地脚螺栓M36×4，共16个2.4.3肋板计算：L2=138mm;=14mm;n1=2;一个地脚螺栓所承受的最大拉力：肋板细长比：临界细长比：故肋板许用压应力：（2-9）其中：则肋板压应力：所以：2.4.4盖板计算：盖板为有垫板的环形盖板式中：；；；;最大应力：所以：盖板厚度16mm，垫板厚度22mm裙座与塔壳对接连接焊逢校核：即36.3<117焊逢验算合格。2.5补强计算2.5.1塔顶蒸汽出孔接管的材料为20#钢，壳体材料为16MnDR[11]fr强度削弱系数：（1）所削弱面积：其中为开孔出计算厚度，封头为标准椭圆形封头=10.5mm接管的有效厚度:=6-1.5=4.5mm开口直径：d=di+2c=209所以：A=（100+12）×11.3+2×11.3×4.5（1-0.84）=12181.9㎜2（2）有效补强范围a、有效宽度B=取大值B=418mmb、有效高度 ==25.9mm外侧有效高度：h1= =53.4取小h1=35.4m内侧有效高度:h2= 取小h0= 0mm（3）有效补强面积封头多余金属面积A1=（B-d）(δe-δ)-2δet（δe-δ）（1-fr）=103mm2接管的计算厚度=1.85mm2A2=2h1(δet-δt)fr+2h2（δet-c）fr=187mm2接管区焊缝面积:A3=2×0.5×6×6=36㎜2有效补强面积:Ae=A1+A2+A3=326㎜2另外所须补强面积:A4=A-Ae=1885㎜2根据公称直径Dg200,采用补强圈补强.2.5.2人孔的补强计算人孔筒节的材料为16MnDR，壳体材料为16MnDR[12]fr强度削弱系数:（1）所削弱面积：其中为开孔出计算厚度，筒壳的厚度=9.95mm接管的有效厚度:=12-1=11mm;开口直径：d=di+2c=458所以：A=184㎜2（2）有效补强范围a、有效宽度B=取大值B=916mmb、有效高度=74.1mm外侧有效高度：h1= =53.4取小h1=53.4mm内侧有效高度:h2= 取小h0= 0mm(3)有效补强面积筒体多余金属面积:A1=（B-d）(δe-δ)-2δet（δe-δ）（1-fr）=232mm2接管的计算厚度=3.57mm接管多余金属面积：A2=2h1(δet-δt)fr+2h2（δet-c）fr=1296mm2接管区焊缝面积:A3=2×0.5×6×6=36㎜2有效补强面积:Ae=A1+A2+A3=2284㎜2另外所须补强面积:A4=A-Ae=4572-2284=2288㎜2根据公称直径Dg450,采用补强圈补强.2.5.3进料管接管补强筒节的材料为16MnDR，壳体材料为16MnDR[13]fr强度削弱系数:（1）所削弱面积：其中为开孔出计算厚度，筒壳的厚度=9.95mm接管的有效厚度:=4-1=3mm;开口直径：d=di+2c=184mm,所以：A=184㎜2（2）有效补强范围a、有效宽度B=取大值B=368mmb、有效高度 =33.2mm外侧有效高度：h1= =53.4取小h1=33.2mm内侧有效高度:h2= 取小h0= 0mm(3)有效补强面积筒体多余金属面积:A1=（B-d）(δe-δ)-2δet（δe-δ）（1-fr）=94mm2接管的计算厚度=1.72mm接管多余金属面积：A2=2h1(δet-δt)fr+2h2（δet-c）fr=164mm2接管区焊缝面积:A3=2×0.5×6×6=36㎜2有效补强面积:Ae=A1+A2+A3=302㎜2另外所须补强面积:A4=A-Ae=1635㎜2根据公称直径Dg450,采用补强圈补强.沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章吊柱的强度计算第三章吊柱的强度计算3.1设计载荷设计载荷：W=2.2W0式中W0——起吊载荷N0,取100kg;W=2200N;吊柱材料为20#无缝钢管，其他各件采用Q235A,吊柱与塔连接的衬板应与塔本体材料相同[14]。3.2曲杆部分的校核吊柱的受力图如3-1所示：图3-1吊住受力图吊柱受载荷情况如上图所示AD段可按受弯矩及轴向力作用的曲杆计算，其中轴向压缩应力:=0.82Mpa（3-1）弯矩发生的最大值发生在A点，在A点的内侧受压缩，压应力=0.19MPa(3-2)在A点外侧手到拉伸应力=0.187MPa(3-3)是压应力，而且其值大于.断换算系数：=2.7(3-4)最大应力:3.3柱的校核吊柱的AB段可视为B端固定，A端受自由载荷的长柱。柱中的应(Pa)计算式为：最大应力出现于处，展开secθ并舍去高次相得其中（3-5）η——吊柱断面中心至断面任一小单元的距离cm，ri——吊柱断面的惯性半径E——弹性模量L——AB段的长度L=3400-900-1000=1500mm对于圆管ri==17.4=0.773×10^(-6)=1.06MPa在此温度下20#钢的许用应力[]t=130Mpa所以吊柱校核合格沈阳化工大学科亚学院学士学位论文总结总结随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感谢我的指导老师王老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文参考文献参考文献[1]姚玉英等.化工原理,下册.天津：天津大学出版社,1999.8.[2]《化工设备设计手册》编写组.金属设备,上册：上海人民出版社,1975.7.[3]《化工设备设计手册》编写组.金属设备,下册：上海人民出版社,1975.7.[4]《化工设备设计手册》编写组.材料与零部件,（上）：上海人民出版社,1973.8.[5]化学工业部设计技术中心站,广西大学.塔设备设计：上海科技技术出版社,1985.[6]石油化工技术参考资料.轻碳轻化合物数据手册,第一册，燃料部第五化工设计院,1971.[7]石油化工技术参考资料.轻碳轻化合物数据手册,第二册，燃料部第五化工设计院,1971.[8]《基础化学工程》编写组.基础化学工程,上海,上海科技技术出版社,1979.12.[9]北京化工研究院“板式塔”专题组.浮阀塔,北京：燃料化学工业出版社,1970.12.15.[10]天津大学基本有机化工教研室主编.基本有机化学工程,天津：人民教育出版社.[11]化工设备指导性技术文件TCED.化工设备图样技术要求,TCED41002-2000：全国化工设备技术中心站.2001.11.[12]GB150-1998钢制压力容器.[13]HG20580-1998钢制化工容器设计基础.国家石油和化学工业局.[14]HG20581-1998钢制化工容器材料选用规定.国家石油和化学工业局[15]GH20582-1998钢制化工容器强度计算规定.国家石油和化学工业局.[16]HG20583-1998钢制化工容器结构设计规定.国家石油和化学工业局.[17]HG20584-1998钢制化工容器制造技术规定.国家石油和化学工业局.[18]HG20585-1998钢制低温压力容器技术规定.国家石油和化学工业局.[19]HG20652-1998塔器设计技术规定.[20]HG21514-1998碳素钢、低合金钢制人、人孔和手孔：化学工业部.沈阳化工大学科亚学院学士学位论文致谢致谢时间过的很快，毕业设计即将接近尾声。过去的几个月的时间里，在王昭春老师的悉心指导下，我顺利的完成了自己大学的最后一个环节—毕业设计论文。王老师对待工作认真负责，对学生和善但不失严格，有问必答。和我们在一起如同朋友，在学习方面给予我们无私的帮助，当我们遇到难题时能及时的给我们讲解和教导。王老师那种勇于探索的科学精神，乐观进取的工作态度，无私奉贤的师长作风，无论是现在还是将来都是我学习的榜样。在这半年的时间里，通过自己完成了乙烯精馏浮阀塔的设计，我学到了很多。分析解决问题的能力、总结归纳的能力、撰写论文的能力都有所提高，所有的这些进步都是与老师的严格要求和悉心指导无法分割的。在此，我要对尊敬的导师以及所有帮助我的同学们表示深深的谢意。最后，感谢在百忙之中评阅本论文的各位老师，敬请批评与指教。由于我对本课题的研究时间有限,对某些细节问题理解得还不是很透彻,课题中不可避免的会出现一些问题,所做设计尚有不足之处,希望诸位老师在评审时给予批评指正。谢谢！基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统HYP