正戊烷-正己烷连续精馏塔的设计

设计设计者姓名：魏渊指导老师：尚小琴〔教授〕板式精馏塔设计设计者姓名：魏渊指导老师：尚小琴〔教授〕板式精馏塔广州大学化学化工学院《化工原理》课程设计精馏塔设计设计工程：正戊烷—正己烷连续精馏塔的设计姓名：魏渊班级：化工121班学号：1205200081指导教师：尚小琴〔教授〕设计日期：目录TOC\o"1-3"\h\u17335前言②再沸器对进料黏度的适应性：假设进料黏度太大或者含有固体物质，应选用强制循环再沸器；假设进料黏度不太大，那么可选用单程循环卧式再沸器。由以上计算结果可知，在本设计操作条件下：；再沸器的热负荷为；加热介质为T=130℃，绝压=270.25kPa的饱和水蒸气；传热面积为。精馏塔塔底介质汽化率为而精馏塔塔底液体黏度为，传热面积，故综上可以初步判断应该选用热虹吸卧式再沸器〔循环式〕。〔注：热虹吸再沸器的汽化率不能超过25%~30%，因此当汽化量较大时，不能选用一次通过式，必须采用循环式再沸器。〕由再沸器系列尺寸得：再沸器壳层为，管子尺寸为，管子数为205根，计算面积为；取再沸器进口管径，出口管径。第十一章校核局部11.1塔的质量载荷的计算11.1.1筒体圆筒、封头、裙座质量封头的高度：筒体高度：查得，厚度的圆筒质量为查得，厚度的椭圆形封头质量为圆筒质量：封头质量：裙座质量：所以11.1.2塔内构件质量查表得浮阀塔盘质量为7511.1.3保温层质量由于价格廉价，较易制造，选用膨胀珍珠岩〔二级〕作为保温层材料。其密度为100kg/m3,导热系数为0.050kcal/m.h.℃.采用直接涂抹式保温法。因为半径大于1000mm，操作温度小于150℃，保温层厚度选为60mm。11.1.4平台、扶梯的质量表11-1直立容器质量、、的参考数据名称质量笼式扶梯40kg/m开式扶梯15～24kg/m铜制平台150kg/m2浮阀塔盘75kg/m2塔盘充液量70kg/m2平台数量：由表查得：平台质量：笼式扶梯质量：笼式扶梯高度：11.1.5操作物料质量精馏段平均密度提馏段平均密度物料的平均密度封头的容积塔釜圆筒局部深度11.1.6人孔，接管，法兰等附件质量按经验取附件质量为：11.1.7充液质量11.1.8偏心质量11.1.9各种质量载荷汇总全塔的操作质量：全塔最小质量：水压试验时最大质量：11.2自振周期的计算分析塔设备的振动时，一般情况下不考虑平台与外部接管的限制作用以及地基变形的影响，而将塔设备看成是顶端自由，底端刚性固定，质量沿高度连续分布的悬臂梁。设计温度下的弹性模量自振周期＝其中，为直立容器总高度，；为设计温度下材料的弹性模量，；为直立容器筒体的有效厚度〔即名义厚度减去壁厚附加量〕，；为直立容器筒体的内直径，；11.3风载荷与风弯矩的计算安装在室外的塔设备将受到风力的作用。风力除了使塔体产生应力和变形外，还可能使塔体产生顺风向的振动〔纵向振动〕及垂直于风向的诱导振动〔横向振动〕。过大的塔体应力会导致塔体的强度及稳定失效，而太大的塔体挠度那么会造成塔盘上的流体分布不均，从而使别离效率下降。因风载荷是一种随机载荷，因而对于顺风向风力，可视为由两局部组成：平均风力，又称稳定风力，它对结构的作用相当于静力的作用；脉动风力，又称阵风脉动，它对结构的作用是动力的作用。平均风力是风载荷的静力局部，其值等于风压和塔设备迎风面积的乘积。而脉动风力是非周期性的随机作用力，它是风载荷的动力局部，会引起塔设备的振动。计算时，通常将其折算成静载荷，即在静力的根底上考虑与动力有关的折算系数，称风振系数。11.3.1风力直立容器受风压作用时，如同为受均布载荷的悬臂梁，这类载荷是由于空气流动的推力和吸力造成的，而风速的大小与方向均为随机值，故实际是一种动载荷。但为了简化计算，将其视为静载荷时，必须计入动力系数与风振系数，因此，直立容器任意段的水平风力可按下式计算。〔4.3〕式中，——直立容器第i段的有效直径，笼式扶梯与进口管布置成180℃角时，；当笼式扶梯与进口管成90℃时，取和中的较大值，mm；——容器第i段的外径，mm；——空气动力系数，一般取；——风压高度变化系数；——塔顶接管外径，mm；——笼式扶梯当量宽度，取；——操作平台当量宽度，作为参考值可取；——塔设备各计算段的计算高度，mm；——接管保温层厚度，mm；——容器第i段的保温层厚度，mm；——第i段的风振系数，当直立容器高度时，取。风压计算时，对于高度在10m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10m的塔设备，可分段进行计算，每10m分为一个计算段，余下的最后一段高度取其实际高度。本课程设计中，笼式扶梯与进口管布置成90℃；查我国各主要地区根本风压值可知，南京的；考虑到风压高度变化，将塔设备分为四段，即0-5m〔1-1截面〕，5-10m〔2-2截面〕，10-15m〔3-3截面〕，15-15.79m〔4-4截面〕；地面粗糙度为B类，指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比拟稀疏的中小城镇和大城市郊区，其风压高度变化系数取值见表4-2。表11-2地面粗糙度类别为B时的风压变化系数值距地面高度Hit5101520风压变化系数0.801.001.141．25表11-3水平风力计算表塔段/m0-55-1010-1515-15.79空气动力系数0.70.70.70.7第i段的风振系数1.71.71.71.7风压高度变化系数0.801.001.141.25计算高度/mm500050005000790有效直径/mm2332233223322332水平风力/N388548565536959参考截面如以下图所示11.3.2风弯矩(1)0-0截面的风弯矩：(2)1－1截面的风弯矩：(3)2－2截面的风弯矩：11.3.3最大弯矩令，偏心弯矩：塔底部截面0-0处：，取较大值，其中：(2)1－1截面的最大弯矩：(3)2－2截面的最大弯矩：附录1正戊烷和正己烷的物化性质GB150材料许用应力GB150材料许用应力压力容器的公称直径〔mm〕无缝钢管制作筒体时容器的公称直径〔mm〕附录2GB709-2006钢板的厚度允许偏差标准说明：以下标准表格，是根据中华人民共和国国家标准GB/T709-2006《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》，结合我们钢材贸易商的实际使用情况做了一些补充，对国家标准毫无影响。表1钢板厚度允许偏差〔N类〕公称厚度常用厚度宽度＞1.5～2.5米公称厚度常用厚度宽度＞1.5～2.5米允许偏差最低厚度允许偏差最低厚度3.0～5.03±0.552.45＞25～4026±0.8025.243.453029.254.454039.2＞5.0～8.06±0.605.4＞40～6042±0.9041.187.46059.1＞8.0～1510±0.659.35＞60～10065±1.1063.91211.358078.91413.3510098.9＞15～2516±0.7515.25＞100～150110±1.40108.61817.25150148.62019.25＞150～200160±1.60158.42221.25200198.42524.25＞200～250250±1.80248.2表2钢板厚度允许偏差〔A类〕公称厚度常用厚度宽度＞1.5～2.5米公称厚度常用厚度宽度＞1.5～2.5米允许偏差最低厚度允许偏差最低厚度3.0～5.030.72.6＞25～40261.0525.4543.63029.455-0.44.640-0.5539.45＞5.0～8.060.755.55＞40～60421.241.48-0.457.5560-0.659.4＞8.0～15100.859.55＞60～100651.564.31211.558079.314-0.4513.55100-0.799.3＞15～251615.5＞100～1501101.9109.118117.5150-0.9149.12019.5＞150～2001602.215922-0.521.5200-11992524.5＞200～250250-1.2248.8表3钢板厚度允许偏差〔B类〕公称厚度常用厚度宽度＞1.5～2.5米公称厚度常用厚度宽度＞1.5～2.5米负偏差正偏差负偏差正偏差3.0～5.0-0.30.8＞25～40-0.31.3＞5.0～8.00.9＞40～601.5＞8.0～151＞60～1001.8＞15～251.2＞100～1502.5表4钢板厚度允许偏差〔C类〕公称厚度常用厚度宽度＞1.5～2.5米公称厚度常用厚度宽度＞1.5～2.5米负偏差正偏差负偏差正偏差3.0～5.001.1＞25～4001.6＞5.0～8.01.2＞40～601.8＞8.0～151.3＞60～1002.2＞15～251.5＞100～1502.8表5钢带〔包括连轧钢板〕厚度允许偏差公称厚度普通精度PT.A公称厚度普通精度PT.A＞1200～1500＞1500～1800＞1800＞1200～1500＞1500～1800＞18000.8～1.5±0.17＞5.0～6.0±0.28±0.29±0.31＞1.5～2.0±0.19±0.21＞6.0～8.0±0.30±0.31±0.35＞2.0～2.5±0.21±0.23±0.25＞8.0～10.0±0.33±0.34±0.40＞2.5～3.0±0.22±0.24±0.26＞10.～12.5±0.36±0.37±0.43＞3.0～4.0±0.24±0.26±0.27＞12.5～15±0.38±0.40±0.46＞4.0～5.0±0.25±0.28±0.29＞15～25.4±0.42±0.45±0.50注：规定最小屈服强度≥345的钢带，厚度偏差应增加10%。GB/T3274-2007规定1、钢的牌号和化学成分应符合GB/T700(普碳〕、GB/T1591〔低合金〕的规定。2、钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T709的规定。3、合同未明确时，按如下规定：附录3PolynomialRegressionforDATA3_B:Y=A+B1*X+B2*X^2+B3*X^3+B4*X^4Parameter Value ErrorA 8.14084E-4 0.01342B1 2.52199 0.24321B2 -2.279 1.13096B3 0.45593 1.77372B4 0.30156 0.88129R-Square(COD) SD N P0.99932 0.01447 8 <0.0001

主要符号说明表主要符号说明Aa塔板开孔区面积，m2h’W进口堰高度，mAf降液管截面积，m2hσ与克服外表张力的压降相当的液柱高度，m液柱A0筛孔总面积，m2Hd降液管内清液层高度，mAT塔截面积，m2HP人孔处塔板间距，mC0流量系数，无因次HT塔板间距，mC计算时的负荷系数，lW堰长，mCs气相负荷因子，m/sLs液体体积流量，m3/sd0筛孔直径，mn筛孔数目D塔径，mNT理论板层数eV液沫夹带量，kg(液)/kg(气)P操作压力，PaET总板效率，无因次ΔP压力降，PaF气相动能因子，kg1/2/(s*m1/2)ΔPp气体通过每层筛板的压降，PaF0筛孔气相动能因子，kg1/2/(s*m1/2)t筛孔的中心距，mhW出口堰高度，mu空塔气速，m/sh1进口堰与降液间的水平距离,mu0气体通过筛孔的速度，m/shc与干板压降相当的液柱高度，m液柱u0,min漏液点气速，m/shd与液体流过降液管相当的液柱高度，mu'0液体通过降液管底隙的速度，m/shf塔板上鼓泡高度，mVs气体体积流量，m3/sh1与板上液层阻力相当的液柱高度，m液柱Wc边缘无效区宽度，mhL板上清液层高度，mWd弓形降液管宽度，mh0降液管的底隙高度，mWs破沫区宽度，mhOW堰上液层高度，mZ板式塔的有效高度，mβ充气系数，无因次δ筛板厚度，mθ液体在降液管内停留时间，sμ粘度，mPa/sρ密度，kg/m3б外表张力，N/mФ开孔率，无因次下标Max最大的Min最小的L液相的V气相的参考文献[1]夏清，陈常贵编．化工原理修订版〔上、下册〕．天津：天津大学出版社，2005．1．[2]蔡纪宁，张秋翔编．化工设备机械根底课程设计指导书．北京：化学工业出版社，2000．6．[3]申迎华，赫晓刚编．化工原理课程设计．北京：化学工业出版社，2000.5．[4]伍钦，梁坤编．板式精馏塔．北京：化学工业出版社，2010．8．[5]沈文霞编.物理化学核心教程〔第二版〕．北京：科学出版社，2009．[6]马江权，冷一欣．化工原理课程设计．北京：中国石化出版社，2009．[7]孙兰义编．化工流程模拟实训—AspenPlus教程．北京：化学工业出版社．2012．10．[8]中国石化集团上海工程编．化工工艺设计手册〔第三版〕．化学工业出版社，2003．[9]龙军．精馏塔适宜回流比确实定［J］．石油炼制与化工，1992，27(1)：51~55．结束语本次课程设计通过给定的生产操作工艺条件自行设计一套正戊烷－正己烷物系的别离的塔板式连续精馏塔设备。通过近两周的努力，反经过复杂的计算和优化，终于设计出一套较为完善的塔板式连续精馏塔设备。其各项操作性能指标均能符合工艺生产技术要求，而且操作弹性大，生产能力强，到达了预期的目的。课程设计是对以往学过的知识加以检验，能培养理论联