575203353畢業(yè)設計（論文）年產(chǎn)11萬噸乙苯精餾塔工藝設計

1、畢業(yè)設計（論文）任務書設計（論文）題目：年產(chǎn)11萬噸乙苯精餾塔工藝設計 函授站：陜西工業(yè)技術(shù)學院函授站 專業(yè)：應用化工技術(shù)班級：雙工藝1250班 指導老師： 1、 設計（論文）的主要任務和目標姓名殘液組成：不大于2%苯混合液苯-甲苯進料狀態(tài)泡點進料混合液組成：50%苯加熱方式間接蒸汽加熱餾出液組成96%苯設備要求連續(xù)操作浮閥式精餾塔2、 設計（論文）的基本要求和內(nèi)容(1) 目錄和摘要(2) 設計方案的選擇及流程說明(3) 工藝計算：物料衡算和熱量衡算(4) 主要設備選型與計算(5) 輔助設備選型與計算(6) 計算結(jié)果匯總(7) 繪制帶控制點的工藝流程圖和主題設備結(jié)構(gòu)圖各一張（2號圖紙）(8)

2、主要參考文獻3、進度安排序號內(nèi)容計劃時間1下達任務書2010年12月23日2收集資料與數(shù)據(jù)12月24日30日3初期檢查12月31日4社會實踐和工藝流程確定12月31日2011年2月1日5工藝計算2月2日20日6設備選型2月21日3月1日7繪制流程圖和主要設備圖3月23月20日8編寫設計說明書3月21 4月8日9中期檢查4月9日10設計修改于整理4月10日5月20 日11答辯5月21 日年產(chǎn)30萬噸苯精餾塔工藝設計摘要 本設計任務書為年產(chǎn)30萬噸苯的精餾設計，采用浮閥精餾塔，常壓、泡點進料。將原料經(jīng)過預熱器預熱至泡點溫度 94oc后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝成 的飽和液體，其

3、中一部分回流到塔內(nèi)，其余部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送入儲罐。該物系屬于易分離物系。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品冷卻后送入儲罐。同時在設計過程中為了節(jié)省能耗，將冷卻器產(chǎn)生的蒸汽用來加熱原料液或用產(chǎn)品的余熱來加熱原料。從而，節(jié)省能量，節(jié)省資金投入。本設計就是對此精餾塔的一些主要的設計數(shù)據(jù)進行計算。關鍵詞：浮閥塔，泡點進料，全冷凝器，常壓第1章 緒論1.1 設計背景為了加強工業(yè)技術(shù)的競爭力，長期以來，各國都在加大塔的研究力度。如今在我國常用的板式塔中主要為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和舌型塔等。填料種類出拉西、環(huán)鮑爾環(huán)外，階梯環(huán)以及波紋填料、金屬絲網(wǎng)填料等規(guī)整填料也常采用。更加強了對篩板

4、塔的研究，提出了斜空塔和浮動噴射塔等新塔型。同時我國還進口一些新型塔設備，這些設備的引進也帶動了我國自己的塔設備的科研、設計工作，加速了我國塔技術(shù)的開發(fā)。國外關于塔的研究如今已經(jīng)放慢了腳步，是因為已經(jīng)研究出了塔盤的效率并不取決與塔盤的結(jié)構(gòu)，而是主要取決與物系的性質(zhì)，如：揮發(fā)度、黏度、混合物的組分等。國外已經(jīng)轉(zhuǎn)向研究“在提高處理能力和簡化結(jié)構(gòu)的前提下，保持適當?shù)牟僮鲝椥院蛪毫担⒈M量提高塔盤的效率?！痹谛滦吞盍戏矫鎰t在努力的研究發(fā)展有利于氣液分布均勻、高效和制造方便的填料。經(jīng)過我國這些年的努力，在塔研究方面與國外先進技術(shù)的差距正在不斷的減2. 全塔物料衡算 2.1 全塔物料衡算苯的摩爾質(zhì)量：m

5、=78kg/kmol甲苯的摩爾質(zhì)量:m=92kg/kmol x=2.2 平均摩爾質(zhì)量m= 78=85.00 kg/kmol2.3 物料衡算f= 41666.67 kg/h f = =490.20 kmol/hd = f = 490.20 = 224.87 kmol/hw = fd = 490.20-224.87=265.33 kmol/h 3. 塔板數(shù)的確定3.1 確定理論塔板數(shù)3.1.1由苯-甲苯氣液平衡數(shù)據(jù)繪制x-y ， t-x-y圖 苯(a)-甲苯( b)飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)： 由公式： y = , y = 計算得苯-甲苯的t-x-y數(shù)據(jù)如下：由上表數(shù)據(jù)繪制得x-y ， t-x-y圖（見附圖

6、2）用作圖法求r 并選取r本設計的進料狀態(tài)選取的是泡點進料，即q=1,q線方程為： 作圖得 r = = = 1.29 r = 1.6r = 2.1 由此可得精、提餾短的操作線方程分別為： y = 0.68x+ 0.31 y = 1.3x 0.008 3.1.3 用圖解法求理論板數(shù)n 求解過程見附圖 2，總理論板數(shù)n=13（包括塔釜）。其中精餾段為5，提餾段為8（包括塔釜），第6塊板為進料板。3.2 全塔板效率e 由塔頂、塔釜液相組成x= 0.96 , x = 0.02 在t-x-y圖上查得 t= 81 t= 109.4 故 t= 95.2 在液體黏度共線圖中查得此溫度下苯、甲苯的黏度分別為：=

7、0.25m.pas =0.29m.pas= 0.480.25+0.520.29 = 0.27 e= 0.17lg= 0.523.3 實際塔板數(shù)n 由e= n/ n得 ： 精餾段實際塔板數(shù)n=5/0.52 = 9.6 取10 提餾段實際塔板數(shù)n=8/0.52 = 15.4 取16（包括塔釜） 故總的實際塔板數(shù)n= n+ n=26 （包括塔釜）4. 精餾塔操作工藝條件及相關物性數(shù)據(jù)的計算4.1 操作壓力 塔頂操作壓力 = 101.33 kpa 每層塔板壓降 = 0.7 kpa進料板壓力 n=101.3 3+ 0.710 = 108.33 kpa 精餾段平均壓力 =104.83 kpa4.2 精餾段

8、平均溫度 根據(jù)苯-甲苯的t-x-y 數(shù)據(jù)，采用內(nèi)差法求取塔頂、進料層溫度 = 92.8 = 80.9 精餾段平均溫度 = = 86.854.3 平均摩爾質(zhì)量mvm 、mlm對于塔頂，由 , 查平衡線（附圖 2）得 =0.91 kg/kmol kg/kmol對于進料板，由 , 查平衡線（附圖 2）得 kg/kmol kg/kmol則有： kg/kmol kg/kmol4.4 平均密度 、4.4.1氣相平均密度kg/m 4.4.2液相平均密度 塔頂： 查得 進料： 查得 平均值： kg/m4.5 液體平均表面張力 塔頂： 查得 21.1 mn/m 21.5 mn/m mn/m進料： 查得 20 m

9、n/m 20.2 mn/m mn/m平均值：=20.7 mn/m4.6 液體平均粘度塔頂： =0.3mpa.s =0.32 mpa.s mpa.s進料： 查得 =0.26 mpa.s =0.29 mpa.s mpa.s平均值： mpa.s5. 精餾塔的塔體工藝尺寸計算5.1 塔徑計算精餾段汽相摩爾流量 kmol/h精餾段液相摩爾流量 kmol/h精餾段汽相體積 =精餾段液相體積 = 根據(jù)課本表6-5 ，初選板間距查課本圖6-58 得修正 最大允許空塔氣速 塔徑圓整為 1.4m 實際氣速5.2 有效塔高計算精餾段有效高度 提餾段有效高度 精餾塔有效高度 6. 塔板工藝尺寸的計算 6.1溢流裝置

10、根據(jù)本設計中的塔徑及負荷大小選用弓形降液管，平流堰，單溢流形式。 對于弓形降液管： 堰長 由francis經(jīng)驗公式 0.050.1 本設計取 由 查附圖3得 弓形管寬 同理 弓形管截面積 驗算停留時間 s 5s 合適。降液管底隙高度m對于受液盤： 0.8m 為了便于側(cè)線采出、低流量液封及改變流向緩沖本設計選取凹形受液盤，這里不設進口堰。6.2塔板布置 由于0.9m 這里將塔板分為3塊，為了盡量減小液體夾帶入降液管的氣泡量，取m ；根據(jù)的大小 ，取。 則 布置結(jié)果如下：溢流區(qū)安定區(qū)邊緣區(qū)開孔區(qū)/m/m/m/m/m/m/0.980.2060.1310.080.060.4140.640.98 6.3

11、閥孔數(shù)目及排列 由于本設計用的是f1型重閥，且目標分離物為苯-甲苯混合液，所以取來粗算閥孔數(shù)目；對于f1型重閥 。 m/s 取 176 浮閥在塔板上采用等腰三角形叉排 , 由于本設計中采用的是分塊式塔板, 各分塊的支撐與焊接要占去一部分開孔區(qū)面積, 所以小于計算值較好, 這里取0.060m。作閥孔排列圖（見附圖4）得 則實際的核算 在913之間，上述排列方式可行。開孔率%7. 浮閥塔板的流體力學驗算7.1 驗算塔板壓降 干板阻力 界孔速 m液柱 板上充氣液層阻力 設計分離的是苯-甲苯混合液，液相為碳氫化合物，故可取充氣系數(shù) m液柱 液體表面張力造成的阻力 m液柱 m液柱 0.7 kpa 塔板壓

12、降滿足要求。7.2 降液管液泛校核 為了防止降液管中液體發(fā)生液泛現(xiàn)象，應控制降液管內(nèi)清液層高度 無進口堰，故m m 顯然，滿足設計要求。7.3 霧夾帶核算 本次設計中應控制泛點率在80%內(nèi)，才能避免過量霧沫夾帶，即使0.1kg液/kg氣。 查附圖5得 k=1 100% 代入數(shù)據(jù)得% 80% 滿足設計要求。7.4 嚴重漏液校核當閥孔的動能因數(shù)小于5時會出現(xiàn)嚴重漏夜現(xiàn)象，前面已算出,故不會發(fā)生 嚴重漏夜現(xiàn)象。 8. 塔板負荷性能圖8.1霧沫夾帶線 根據(jù)設計塔徑這里f取0.8 整理得由上述方程就可畫出霧沫夾帶線。8.2液相負荷下限線 對于平直堰 0.006 m ， 當取=0.006 m 時就可以求出

13、液相負荷下限線。 取e=1 整理得 8.3 液相負荷上限線 液體在降液管中的最大流量應保證液體在降液管中的停留時間不低于35s, 取5s 計算。8.4 漏液線 對于f1型重閥，當動能因數(shù)f 5時就會出現(xiàn)嚴重漏液現(xiàn)象，所以去f=5作為參考值來計算。 =8.5液泛線 其中 代入數(shù)據(jù)整理得8.5 繪制塔板負荷性能圖（見附圖6）由該圖可得： 此塔板的操作區(qū)由其液相負荷上、下限線，漏液線及霧沫夾帶線決定，且設計的作點在適宜操作區(qū)內(nèi)；此塔板的氣相負荷上、下限分別受其漏液線和霧沫夾帶線控制；此塔精餾段的操作彈性。根據(jù)設計的液-汽比查此圖得出氣相負荷上、下限分別為2.0和0.545，進而求出操作彈性 。 9.

14、 浮閥塔工藝設計計算結(jié)果匯總工藝設計計算工藝設計計算結(jié)果項 目符 號單 位計 算 結(jié) 果備注平均壓強kpa108.8平均溫度86.85平均流量氣相m3/s1.22641液相m3/s0.0031實際塔板數(shù)塊26板間距m0.45塔段的有效高度m10.8塔徑m1.4空塔氣速m/s0.797塔板型式/分塊式分3塊溢流裝置溢流管型式/單溢流弓形降液管凹形受液盤堰長m0.98平直堰堰高m0.05底隙高度m0.004板上清液層高度m0.062孔徑m0.039孔間距m0.075排間距m0.070孔數(shù)個163等腰三角形叉排開孔面積m20.21閥孔氣速m/s6.3臨界閥孔氣速m/s5.83閥孔動能因數(shù)10.9開孔

15、率12.7%單板壓降kpa0.553液體在降液管中的停留時間s25降液管內(nèi)清液層高度m0.133泛點率48.5%小于80%氣相最大負荷m3/s2.0由霧沫夾帶線控制氣相最小負荷m3/s0.545由漏液線控制操作彈性/3.6710. 總結(jié)及分析此次設計主要從塔的工藝計算、結(jié)構(gòu)設計、力學校核三個方面設計了常壓下分離苯-甲苯混合液的精餾塔。在工藝計算方面我主要是設計任務書提供的基本參數(shù)進行了物料衡算、塔板數(shù)計算、塔體工藝計算、塔板結(jié)構(gòu)設計、流體力學驗算等方面進行計算和設計，其中重點對塔體工藝、塔板結(jié)構(gòu)進行了相對詳細的分析，最終設計出了符合設計任務要求的精餾塔。但是由于知識水平的不足及參考資料的有限，

16、在設計中還是存在很多不全面的地方。例如，精餾的特性是反復進行部分汽化和冷凝，也就存在加熱和熱能利用的問題，而這里就沒有對這方面進行詳細的計算和說明；在塔板結(jié)構(gòu)設計時，對塔板進行了分塊處理，使塔板產(chǎn)生了焊縫，也就對塔板的強度產(chǎn)生了影響，而此次及只是考慮了焊縫對閥空數(shù)的影響，沒有進行強度計算和分析；再者，本次設計出的單板壓降（= 0.553kpa）雖然在設計任務要求的范圍(不低于0.7 kpa)內(nèi)，但是對于常壓操作的精餾塔還是有點偏高，還有改進的空間等等。另外，此次設計過程中部分樣圖采用的是autocad繪制，提高了繪圖的效率及精確度。參考文獻1 王志魁 . 化工原理m . 北京：化學工業(yè)出版社，

17、20042 王明輝 . 化工單元課程設計m . 北京：化學工業(yè)出版社，20023 馬江權(quán)，冷一欣 . 化工原理課程設計m . 北京：中國石油出版社，20054 李功樣等 . 常用化工單元設備設計m . 廣州：華南理工大學出版，20035 化學工程手冊編委會 . 化學工程手冊（第13篇）.北京：化學工業(yè)出版社，1981附圖 1精餾工藝流程圖附圖 2苯-甲苯x-y圖苯-甲苯t-x-y 圖附圖 3、關聯(lián)圖附圖 4塔板布置圖附圖 5附圖 6 弓形降液管參數(shù)圖附圖 7塔板操作負荷性能圖第1章 緒論1.2 設計背景為了加強工業(yè)技術(shù)的競爭力，長期以來，各國都在加大塔的研究力度。如今在我國常用的板式塔中主要為

18、泡罩塔、浮閥塔、篩板塔和舌型塔等。填料種類出拉西、環(huán)鮑爾環(huán)外，階梯環(huán)以及波紋填料、金屬絲網(wǎng)填料等規(guī)整填料也常采用。更加強了對篩板塔的研究，提出了斜空塔和浮動噴射塔等新塔型。同時我國還進口一些新型塔設備，這些設備的引進也帶動了我國自己的塔設備的科研、設計工作，加速了我國塔技術(shù)的開發(fā)。國外關于塔的研究如今已經(jīng)放慢了腳步，是因為已經(jīng)研究出了塔盤的效率并不取決與塔盤的結(jié)構(gòu)，而是主要取決與物系的性質(zhì)，如：揮發(fā)度、黏度、混合物的組分等。國外已經(jīng)轉(zhuǎn)向研究“在提高處理能力和簡化結(jié)構(gòu)的前提下，保持適當?shù)牟僮鲝椥院蛪毫?，并盡量提高塔盤的效率?！痹谛滦吞盍戏矫鎰t在努力的研究發(fā)展有利于氣液分布均勻、高效和制造方便的

19、填料。經(jīng)過我國這些年的努力，在塔研究方面與國外先進技術(shù)的差距正在不斷的減小。1.3 設計參數(shù)1.3 1、設計規(guī)模：苯-甲苯混合液處理量10000t/a塔設備在化工生產(chǎn)中的作用和地位塔設備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設備之一。塔設備的設計和研究，已經(jīng)受到化工行業(yè)的極大重視。在化工生產(chǎn)中，塔設備的性能對于整個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護等各個方面，都有非常重大的影響。精餾過程的實質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度。即在同一溫度下，各組分的飽和蒸汽壓不同這一性質(zhì)，使液相中的輕組分轉(zhuǎn)移到汽相中，汽相中的重組分轉(zhuǎn)移到液相中，從而達到分離的目的。因此精餾塔操作彈性的好

20、壞直接關系到石油化工企業(yè)的經(jīng)濟效益。2、生產(chǎn)制度：年開工300天，每天三班8小時連續(xù)生產(chǎn)3、原料組成：苯含量為40%（質(zhì)量百分率，下同）4、進料狀況：熱狀況參數(shù)q自選5、分離要求：塔頂苯含量不低于98.5%，塔底苯苯含量不大于2.5%6、建廠地區(qū)：大氣壓為760mmhg，自來水年平均溫度為15的某地。1.4 問題研究本設計是針對苯甲苯的分離而專門設計的塔設備。根據(jù)設計條件以及給出的數(shù)據(jù)描述出塔溫度的分布，求得最小回流比以及塔頂?shù)南鄬]發(fā)度、塔釜的相對揮發(fā)度、全塔平均相對揮發(fā)度，又根據(jù)物料平衡公式分別計算出精餾段和提餾段的汽、液兩相的流量。之后，計算塔板數(shù)、塔徑等。根據(jù)這些計算結(jié)果進行了塔板結(jié)構(gòu)

21、的設計等。計算和設計這些之后進行了有關的力學性能計算和一系列的校核。第2章 塔的工藝計算2.1 塔溫的分布苯和甲苯的混合物是服從拉烏爾定律的理想溶液。在常壓下它們的蒸汽壓及汽液平衡數(shù)據(jù)，如下表所示：表一 苯和甲苯的蒸汽壓及汽液平衡數(shù)據(jù)80.027603001.0001.00084.08503330.8230.92288.0957379.50.6590.83092.010784320.5080.72096.01204492.50.3760.596100.013445590.2560.453104.014956250.1550.304108.01659704.50.0580.128114.0174

22、876000由表一數(shù)據(jù)作如圖2-1等壓曲線（t-x圖）和圖2-2氣液平衡曲線（y-x圖）。將進料、塔頂和釜液的濃度以分子分數(shù)表示為：1汽相 2液相圖2-1 苯-甲苯的等壓曲線根據(jù)圖2-1可確定它定、塔釜和進料溫度分別為：由于沸點進料（q=1），由圖2-1和圖2-2可得與進料液體相平衡的蒸汽組成，由式（3-53a）得最小回流比：塔頂?shù)南鄬]發(fā)度：塔釜的相對揮發(fā)度：則全塔的平均相對揮發(fā)度： 圖2-2 氣液平衡曲線2.2 物料平衡則有： 由上述方程式可求得：)操作回流比：1.精餾段液相流量：氣相流量：2.提餾段液相流量：氣相流量：2.3 塔板數(shù)的計算2.3.1 圖解法沸點進料（q=1）。q線方程為一

23、垂線es，經(jīng)過a點作精餾段操作線，其截距為：再由b點作提餾段操作線，與精餾段操作線交于e點，連接be得提餾段操作線。在平衡線和操作線之間作階梯，得理論板數(shù)為11.7層，精餾段為5層，第6層為進料板。2.3.2 差分方程法塔頂餾出物的平均分子量：塔頂餾出量： 進料液的平均分子量：進料量： 釜液的平均分子量：釜液量： 1.精餾段：由下面公式可得:=-1.9精餾段操作線與平衡線交點的橫坐標由下面公式求得：=0.187由于沸點進料q=1，所以得： 由公式求得精餾段理論板數(shù)： =5.3（層）2.提餾段：由下面公式求得：=-1.339=-0.00867=0.662近似計算，取由公式，取提餾段理論塔板數(shù)（包

24、括塔釜）：=6.14（層）則全塔理論板數(shù)為：n=5.3+6.14=11.44（層）精確計算：（1）取精餾段的理論板數(shù)為5層（2）按公式計算當n=5 時 公式變?yōu)橄旅嫘问剑嚎汕蟮茫海?）由公式求得：=0.46 （4）由公式求得提餾段的理論塔板數(shù)：=6.35（層）精確計算的理論板數(shù)（全塔包括塔釜）為5+6.35=11.35（層），與m、t圖解法結(jié)果基本一致。利用差分方程式法可以不必經(jīng)過逐板計算而直接求得每層塔板上的液體組成。將相應的已知數(shù)值帶入精餾段和提餾段方程式，簡化后可得如下方程式：精餾段：提餾段：計算結(jié)果列入下表：每層塔板上的液體組成塔板序號n1234567891011x0.9170.838

25、0.7430.6180.4890.3760.2720.1680.1010.0600.0374取全塔理論板數(shù)為11層，扣除塔釜一層，則理論板數(shù)為10層?，F(xiàn)取全塔效率為，則實際板數(shù)為： 取14（層）精餾段的實際板數(shù)為：（層）（層）提餾段的實際板數(shù)為：（層）第層塔板為加料板。2.4 熱量平衡2.4.1 塔頂蒸汽帶出的熱量 2.4.2 釜液帶出的熱量 2.4.3 料帶入的熱量 2.4.4 回流帶入的熱量 2.4.5 塔釜加熱蒸汽帶入的熱量 2.4.6 熱量損失設熱量損失為，則 塔的熱量平衡2.5 塔徑計算2.5.1 精餾段液體重度：蒸汽重度：液體的體力流量：蒸汽的體積流量：取板間距，板上清液層高度為，

26、則分離空間。查負荷系數(shù)圖得： c=0.075苯在時的表面張力為由公式可求得：由公式可求得最大允許空塔速度為：適宜空塔速度：塔徑由公式求得：2.5.2 提餾段液體重度：汽相重度： 液體的體積流量：蒸汽的體積流量：?。徊樨摵上禂?shù)圖得：甲苯在時的表面張力為由公式求得：由公式求得最大允許空塔速度為：適宜的空塔速度：塔徑公式求得：根據(jù)計算，精餾段和提餾段塔徑選用d=1.7(米)，此時兩段的實際空塔速度為：相應的空塔動能因數(shù)為：均屬正常操作范圍。2.6 塔板結(jié)構(gòu)根據(jù)塔徑和液體的流量，選用弓形降液管，塔板采用電流程和分塊式組裝。2.6.1 降液裝置1.偃長取2.偃高由公式 求得（1）精餾段=53.5（毫米）

27、（2）提餾段=46（毫米）上下兩段偃高均選用50毫米。3.降液管面積當時，由查表得：塔的相對操作面積為：4.液體在降液管中的停留時間由公式求各段的停留時間：（1）精餾段（2）提餾段5.降液管下端與下層塔板間的距離精餾段和提餾段降液管下端與塔板間出口處的液體流速分別取由公式可求得（1）精餾段 （2）提餾段 上下兩段均選用2.6.2 浮閥的布置選用十字架型圓盤浮閥，閥徑為50毫米，閥重3032克，塔板上孔徑為40毫米，最大開度8毫米。1.閥孔速度由公式求閥孔的臨界速度（或選定適宜的閥孔動能因數(shù)，求出閥孔速度）。（1）精餾段（米/秒）（2）提餾段（米/秒）上下兩段相應的閥孔動能因數(shù)為：均屬正常操作范

28、圍。2.開孔率由公式求得：（1）精餾段（2）提餾段考慮到塔板加工方面起見，上下兩段的開孔率均采用。3.閥孔總面積由公式求得：4.浮閥總數(shù)由公式求得： 取整為219（個）5.塔板上布置浮閥的有效操作面積已知取 ； 由公式可求： =0576（米）由公式可得塔板上布置浮閥的有效操作面積為：=1.53 （）塔板有效操作面積為：6.浮閥的排列浮閥采取等腰三角形叉排排列。設垂直于液流方向的閥孔中心間距為t，與此相應的每排浮閥中心線之間距離，由公式求得： 取t=90(毫米)。2.7 流體力學計算2.7.1 塔板壓力降1.精餾段（1）干板壓力降由公式得：（2）克服液體表面張力的壓力降由公式得：（3）通過泡沫層

29、的壓力降由公式得：=36.5 （毫米液柱）取泡沫層比重為0.4，則 （毫米液柱）塔板的總壓力降：以液柱表示：2.提餾段（1）干板壓力降由公式得：=25.8 （毫米水柱）= 33（毫米液柱）（2）克服液體表面張力的壓力降由公式得：=0.47（毫米水柱） =0.6（毫米液柱）（3）通過泡沫層的壓力降由公式得：=44.2（毫米液柱）=35.5（毫米水柱）塔板的總壓力降2.7.2 霧沫夾帶量已知，所以，1.精餾段由精餾段公式可以求的得：=0.69（公斤液/公斤汽） 10%2.提餾段由上面公式求得： （公斤液/公斤汽） 10%2.7.3 溢流狀況的計算根據(jù)公式驗算降液管內(nèi)清液層的高度。1.精餾段降液管下

30、端出口處液體的流速及液柱高度為： 取0.2 則（毫米液柱）所以，=141（毫米液柱）2.提餾段方法同上：所以可求： =155.92 （毫米液柱）由于及均小于，所以不會產(chǎn)生液泛。2.7.4 負荷上下限1.霧沫夾帶量控制計算設霧沫夾帶量為e=10%，并以提餾段計：可求出 2.以淹塔控制計算取為簡化計算起見，忽略液體負荷變動所產(chǎn)生的影響，以提餾段計：所以，所以，由此可知，該塔為淹塔所控制。則：第3章 塔的結(jié)構(gòu)設計3.1 塔頂3.1.1 塔頂空間塔頂空間一般取=1.21.5米，在此，我們?nèi)∷斂臻g為=1.5米。3.1.2 塔頂蒸汽出口取管內(nèi)蒸汽流速，=0.977則塔頂蒸汽管直徑： 塔頂蒸汽管尺寸為的標

31、準管。選用法蘭為，帶頸平焊鋼質(zhì)管法蘭（hg20594-97）。3.2 人孔選擇dn450mm人孔，其中人孔處塔板間距為600mm，人孔數(shù)一共5個，位置分別為：人孔1位于1塔板上，人孔2位于4，5塔板之間，人孔3位于加料板8下，人孔4位于12塔板下，人孔5位于14塔板下。3.3 塔底3.3.1 塔底空間取停留時間為5分鐘，而已知，而在此取。3.3.2 塔底出口可公式求得釜液出口直徑：取釜液出口管尺寸為：的標準管。法蘭為的帶頸平焊鋼制管法蘭（hg20594-97）。3.4 進口3.4.1 塔頂回流進口回流液由泵輸送時，速度可取1.52.5（米/秒）。由公式求得塔頂回流進口管直徑： 取塔頂回流進口管

32、尺寸為：的標準管。法蘭為，帶頸平焊鋼制管法蘭（hg20594-97）。3.4.2 原料進口料液由泵輸送時可取1.52.5（米/秒），現(xiàn)取=1.5由公式得進料管管徑：=0.057取原料進口管管徑為：80的標準管。法蘭為，帶頸平焊鋼制管法蘭（hg20594-97）。3.5 裙座3.5.1裙座的形狀 為了制作的方便，裙座我們選用圓筒形裙座。3.5.2 裙座與塔殼的連接 裙座與塔殼的連接采用對接接頭形式。3.5.3 排氣孔或排氣管 查表得出結(jié)構(gòu)尺寸為：76 mm ,數(shù)量為4個. 排氣孔的中心線距離裙座頂端的尺寸為h=180mm3.5.4人孔dn450 ，位置h=900 ， 數(shù)量一個。開設人孔的目的是為

33、了方便檢修。3.6 塔盤3.6.1 塔盤類型為了方便在塔的內(nèi)部進行拆裝工作，因此我們選用分塊式塔盤。3.6.2 塔盤板形狀選用矩形塔板3.6.3 支持圈和支持板的尺寸支持圈寬度為40mm，支持板寬度為40mm，材料為碳鋼，厚度為6mm3.6.4 塔盤分塊結(jié)構(gòu)如下圖： 塔盤分塊結(jié)構(gòu)第4章 強度校核設計條件：地區(qū)的基本風壓值、地震設防烈度=6級、塔內(nèi)裝有14層浮閥塔盤、每塊塔盤存留的介質(zhì)高為70mm、介質(zhì)密度為800公斤/立方米，塔殼外表面保溫層厚度為100mm 、保溫層材料密度為300公斤/立方米、塔上每隔6m安裝一層操作平臺、寬1m操作平臺共2層 、單位質(zhì)量為100公斤/平方米,包角為180度

34、。塔內(nèi)設計壓力為0.1mpa 設計溫度為150 、塔殼厚度附加量為3mm、裙座厚度附加量為2mm。 裙座高為3m；焊縫系數(shù)取0.9；塔全高為13540mm。4.1塔殼厚度計算塔體材料選用20r、設計條件下的許用應力為：。圓筒厚度為：=0。175 （毫米）封頭厚度為：=0.176 (毫米)選用標準橢圓形封頭，所以k=1,因為鋼板最小厚度不得小于4毫米，所以取圓筒和封頭的厚度為4毫米加上厚度附加量3毫米等于7毫米。最后取厚度為8毫米的標準鋼板。4.2質(zhì)量載荷計算4.2.1 塔殼及裙座質(zhì)量=4560.3 （千克）4.2.2 人孔、法蘭和接管附件等的質(zhì)量 （千克）4.2.3 塔內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量 （千克）4

35、.2.4 保溫層質(zhì)量 =1803 （千克）4.2.5 平臺扶梯質(zhì)量=989.86 （千克）4.2.6 操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量=1046.2 （千克）4.2.7 充水質(zhì)量 （千克）4.2.8 塔器的操作質(zhì)量=4560.3+1401.22+1803+989.86+1046.2+1140=10940.58 （千克）4.2.9 塔器的最大質(zhì)量=4560.3+1401.22+1803+989.86+1140+23911.5=33805.88 （千克）4.2.10 塔器的最小質(zhì)量=4560.3+1401.22+1803+989.86+1140=9894.38（千克）4.3 塔的自震周期計算=0.47 （s）4

36、.4 地震載荷及地震彎矩的計算由于設計條件中規(guī)定地震裂度為小于等于6級，所以在此地震載荷及地震彎矩均可忽略不計。4.5 風載荷和風彎矩計算4.5.1 風載荷計算內(nèi)容計算結(jié)果第一段第二段第三段塔段長度m0-55-1010-13.54基本風壓值450動載荷系數(shù)0.7扶梯當量寬度400保溫層厚度100管線保溫層厚度 mm100操作平臺當量寬度600風壓高度變化系數(shù)0.81.01.14各計算段的外徑mm1716各計算段的有效直徑2716各計算段的風振系數(shù)當塔高小于20m時，取1.70各計算段長度 mm500050005000各計算段水平風力 n5817.677272.098290.184.5.2 風彎

37、矩各段截面的風彎矩：0-0截面的風彎矩： =n1-1截面的風彎矩： =n2-2截面的風彎矩：= n4.6 最大彎矩最大彎矩根據(jù)下面公式計算，并取其中最大者：計算結(jié)果如下：0-0截面： n.mm1-1截面： n.mm2-2截面： n.mm4.7 圓筒應力校核驗算塔殼2-2截面處操作時和壓力試驗時的強度和穩(wěn)定性。計算結(jié)果見下表：4.7.1塔操作時的應力校核：計算截面2-2截面以上的塔的操作質(zhì)量9870.7kg計算截面的橫截面積24780mm2塔殼的有效厚度8mm截面的截面系數(shù)最大彎矩 mpa許用軸向壓應力132許用軸向拉應力14256操作壓力引起的軸向拉應力 5.3 mpa重力引起的軸向應力 mp

38、a1.64 mpa彎矩引起的軸向應力2.66 mpa軸向壓應力1.64+2.66=4.3132 mpa組合拉應力5.3-1.64+2.66=6.23142.56 mpa結(jié)論：根據(jù)結(jié)果可知塔操作時圓筒穩(wěn)定。4.7.2 壓力實驗時的應力校核0.2304 mpa液壓試驗時截面上的塔的質(zhì)量28700 許用軸向壓應力132 mpa許用周向應力19845 mpa許用軸向拉力2381 mpa實驗壓力引起的周向應力=24.7198.45 mpa壓力引起的軸向應力12.24 mpa重力引起的軸向應力mpa6.59 mpa彎矩引起的軸向應力0.79 mpa軸向壓應力6.59+0.79=7.38132 mpa組合拉

39、應力12.24-6.54+0.79=6.49198.45mpa結(jié)論：根據(jù)結(jié)果可知道壓力實驗時圓筒穩(wěn)定。4.8 裙座殼軸向應力校核 裙座材料選用：q235-a、采用對接焊縫、由于是圓筒形裙座，所以。為了方便選材壁厚s=8mm、裙座材料的許用應力=127 、查表知b=704.8.1操作時的壓應力計算由于=所以，操作時的壓力校核合格。4.8.2 水壓實驗時的壓應力計算=所以，水壓實驗時的壓力校核合格4.9 基礎環(huán)的計算由于裙座內(nèi)徑為：所以取基礎環(huán)尺寸為：外徑： =1700+300=2000mm內(nèi)徑： =1700-300=1400mm基礎環(huán)截面面積： = =1.60基礎環(huán)截面系數(shù)為：z=5.965 =

40、1489.7n.m =1012.4n.m基礎環(huán)厚度為： =0.0082 （米）其中為、二者中較大的者。由于基礎環(huán)厚度不應過小，所以在此我們?nèi)?18mm4.10 地腳螺栓計算4.10.1 求風側(cè)最大拉應力由于最小質(zhì)量mmin=9573.8kg、風彎距=1.47n.mm；以及偏心距 所以最大拉應力： =0.33mpa4.10.2 計算地腳螺栓直徑 首先，選擇出螺栓的個數(shù)為32個、螺栓材料的許用應力為=132mpa、腐蝕裕量c=3mm。那么，地腳螺栓的直徑為： =15.6mm所以，選擇32個m24的地腳螺栓就可以滿足要求。4.11 對接焊縫校核有效厚度=8mm , =1700mm, 最大彎距= n.

41、mm操作時的全塔質(zhì)量千克，許用應力=那么=5.5888 =0.9132=118.8由于5.5888=118.8,所以對接焊縫滿足強度要求。結(jié)論：本設計主要從三個方面塔的工藝計算結(jié)構(gòu)設計強度校核，設計了苯甲苯常壓精餾塔。在工藝計算方面我主要是根據(jù)原料的基本參數(shù)對物料衡算、熱量衡算、塔板數(shù)計算、塔板結(jié)構(gòu)設計、水力學計算等方面進行計算和設計，其中對重點的塔板數(shù)、塔板結(jié)構(gòu)進行了詳細的分析。塔的工藝計算的直接關系到整個設計的成與敗。在結(jié)構(gòu)設計部分對裙座、人孔、一些重要的接管及塔的內(nèi)件的位置進行了設計，同時還對一些焊接結(jié)構(gòu)進行了說明。強度校核部分是本次設計的最后一部分，在這部分當中對塔的自振周期、風載荷、風彎矩、地腳螺栓、基礎環(huán)進行了設計和計算，并且對殼體強度，圓筒應力，焊接焊縫等幾個環(huán)節(jié)進行了校核。由于能力以及實踐還有許多不足，所以在整個設計過程中，難免有些不成熟和欠妥之處，希望老師