（精選）精餾塔的設計

1、化工原理課程設計浮閥板式精餾塔的設計指導老師：譚智斗設計者：曹爍學號：040740214單位：化學與環(huán)境工程學院0407402班日期：2010-6-16目錄第一章 苯甲苯在工業(yè)上的用途第二章 綜述 2.1、精餾塔原理及其在工業(yè)上的應用 2.2、精餾操作對塔設備的要求 2.3、常用板式塔類型及成本設計的選型 2.4、本設計所選塔的特性第三章 工藝條件的確定和說明 3.1、確定操作壓力 3.2、確定進料狀態(tài) 3.3、確定冷卻劑和加熱方式 3.4、確定冷卻劑及其進出口溫度第四章 流程的確定和說明 4.1、流程的說明 4.2、設置各設備的原因第五章 精餾塔的設計計算 5.1、物料衡算 5.2、回流比的

2、確定 5.3、板塊數(shù)的確定 5.4、汽液負荷計算 5.5、精餾塔工藝尺寸計算5.6、踏板流動性能校核5.7、塔板負荷性能圖5.8、主要工藝接管尺寸的計算和選取5.9、塔頂冷凝器/冷熱器的熱負荷5.10、塔底再沸器的熱負荷第六章 機械設計6.1、設計條件6.2、按計算壓力計算塔體和封頭厚度6.3、塔設備質(zhì)量載荷計算6.4、地震彎矩的計算6.5、偏心彎矩計算6.6、塔體和裙座的危險截面的強度與穩(wěn)定校核6.7、塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核6.8、基礎環(huán)設計6.9、地腳螺栓的計算第七章 主要計算結(jié)果列表第八章 參考文獻第九章 課程設計總結(jié)致謝！第一章 苯甲苯在工業(yè)上的用途苯為有機化學工業(yè)的基本原料之

3、一。無色、易燃、有特殊氣味的液體?；毂饺埸c低，沸點低，相對密度小于水。在水中的溶解度很小，能與乙醇、乙醚、二硫化碳等有機溶劑混溶。能與水生成恒沸混合物。因此，在有水生成的反應中常加苯蒸餾，以將水帶出。苯在燃燒時產(chǎn)生濃煙。苯能夠起取代反應、加成反應和氧化反應。苯用硝酸和硫酸的混合物硝化，生成硝基苯，硝基苯還原生成重要的染料中間體苯胺；苯用硫酸磺化，生成苯磺酸，可用來合成苯酚；苯在三氯化鐵存在下與氯作用，生成氯苯，它是重要的中間體；苯在無水三氯化鋁等催化劑存在下與乙烯、丙烯或長鏈烯烴作用生成乙苯、異丙苯或烷基苯，乙苯是合成苯乙烯的原料，異丙苯是合成苯酚和丙酮的原料，烷基苯是合成去污劑的原料。苯催化

4、加氫生成環(huán)己烷，它是合成耐綸的原料；苯在光照下加三分子氯，可得殺蟲劑666，由于對人畜有毒，已禁止生產(chǎn)使用。甲苯與苯的性質(zhì)很相似，是工業(yè)上應用很廣的原料。但其蒸汽有毒，可以通過呼吸道對人體造成危害，使用和生產(chǎn)時要防止它進入呼吸器官。甲苯容易發(fā)生氯化，生成苯氯甲烷或苯三氯甲烷，它們都是工業(yè)上很好的溶劑；它還容易硝化，生成對硝基甲苯或鄰硝基甲苯，它們都是染料的原料；它還容易磺化，生成鄰甲苯磺酸或?qū)妆交撬?，它們是做染料或制糖精的原料。甲苯的蒸汽與空氣混合形成爆炸性物質(zhì)，因此它可以制造梯思梯炸藥。摻合汽油組成及作為生產(chǎn)甲苯衍生物、炸藥、染料中間體、藥物的主要原料。第二章 綜述2.1、精餾塔原理及其在

5、工業(yè)上的應用多次而且同時運用部分氣化和部分冷凝的方法，使混合液得到較完全分離，以分別得接近純組分的操作。理論上多次部分氣化在液相中可獲得高純度的難揮發(fā)組分，多次部分冷凝在氣相中可獲得高純度的易揮發(fā)組分，但因產(chǎn)生大量中間組分而使產(chǎn)品量極少，且設備龐大。工業(yè)生產(chǎn)中的精餾過程是在精餾塔中將部分氣化過程和部分冷凝過程有機結(jié)合而實現(xiàn)操作的。廣泛用于石油、化工、輕工、食品、冶金等部門。精餾操作按不同方法進行分類。根據(jù)操作方式，可分為連續(xù)精餾和間歇精餾；根據(jù)混合物的組分數(shù)，可分為二元精餾和多元精餾；根據(jù)是否在混合物中加入影響汽液平衡的添加劑，可分為普通精餾和特殊精餾（包括萃取精餾、恒沸精餾和加鹽精餾）。若精

6、餾過程伴有化學反應，則稱為反應精餾。2.2、精餾操作對塔設備的要求精餾所進行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)所用的塔設備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設備還得具備下列各種基本要求：    () 氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。    () 操作穩(wěn)定，彈性大，即當塔設備的氣(汽)、液負荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作并應保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。

7、    () 流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用。對于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。    () 結(jié)構簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。    () 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。    () 塔內(nèi)的滯留量要小。 實際上，任何塔設備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨特的優(yōu)點，設計時應根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，

8、進行選型。2.3、常用板式塔類型及本設計的選型 塔分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，填料塔的設計將在其他分冊中作詳細介紹，故本書將只介紹板式塔。 板式塔為逐級接觸型氣液傳質(zhì)設備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀五十年代以后，隨著石油、化學工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實際使

9、用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。本章只采用浮閥塔的設計。2.4、本設計所選塔的特性浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因為它具有下列特點： () 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加2040，而接近于篩板塔。 () 操作彈性大，一般約為59，比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得多。 () 塔板效率高，比泡罩塔高15左右。 () 壓強小，在常壓塔中每塊板的壓強降一般為400660N/m2。 () 液面梯度小。 () 使用周 期長。粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。() 結(jié)構簡單，安裝容易，制造費為泡罩塔板的6080,為篩板塔的120130。第三章

10、工藝條件的確定和說明3.1確定操作壓力3.2確定進料狀態(tài)選擇將料液預熱到泡點或接近泡點才送入塔中，即q=1，這主要是由于此時塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點進料時，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設計和制造上提供了方便。3.3確定加熱方式蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設置再沸器。3.4確定冷卻劑及其進出口溫度冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定，水作冷卻劑，是最經(jīng)濟的。水的入口溫度由氣溫決定，取T=15出口溫度由設計者確定第四章 流程的確定和說明4.1、流程的說明4.2、設置各設備的原因精餾塔以加料板為界分為兩段，精餾段和提餾段。1、精餾段的作用加料板以上的塔段為精餾段，

11、其作用是逐板增濃上升氣相中易揮發(fā)組分的濃度。2、提餾段的作用包括加料板在內(nèi)的以下塔板為提餾段，其作用逐板提取下降的液相中易揮發(fā)組分。3、塔板的作用塔板是供氣液兩相進行傳質(zhì)和傳熱的場所。每一塊塔板上氣液兩相進行雙向傳質(zhì)，只要有足夠的塔板數(shù)，就可以將混合液分離成兩個較純凈的組分。4、再沸器的作用其作用是提供一定流量的上升蒸氣流。5、冷凝器的作用其作用是提供塔頂液相產(chǎn)品并保證有適當?shù)囊合嗷亓鳌；亓髦饕a充塔板上易揮發(fā)組分的濃度，是精餾連續(xù)定態(tài)進行的必要條件。精餾是一種利用回流使混合液得到高純度分離的蒸餾方法。第五章 精餾塔的設計算5.1、物料衡算（1）有關數(shù)據(jù)Ma=78.11,Mb=92.13平均分

12、子量：Mf=0.44*78.11+(1-0.44)*92.13=85.96Kg/Kmol Md=0.9958*78.11+(1-0.9958)*92.13=78.17 Kg/mol Mw=0.0176*78.11+(1-0.0176)*92.13=91.88 Kg/Kmol摩爾分率：=0.4404=0.9958=0.0176（2）全塔總物料衡算根據(jù)條件 F=8000*1000/（300*24）=1111.11 Kg/h=1111.11/85.96=12.93 Kmol/h總物料F = D + W （5-1）易揮發(fā)組分 FF = DD + WW由（3-1）和（3-2）式得： （5-2）=434.

13、36 Kg/h=434.36/78.17=5.56 Kmol/h= 676.75Kg/h=630.86/91.88= 7.37Kmol/h （5-3） 若以塔頂易揮發(fā)組分為主要產(chǎn)品，則回收率為 （5-4）式中 F、D、W分別為原料液、餾出液和釜殘液流量，kmol/h；F、D、W分別為原料液、餾出液和釜殘液中易揮發(fā)組分的摩爾分率。 5.2、回流比的確定選擇泡點進料，=F =0.4404 平衡線方程y= （5-5）其中隨溫度的升高略有增加。取的平均值，查表表10-3。=（2.6+2.35）/2=2.475故，=0.6607 Rmin=1.52, 取R=2.5 Rmin/R=1.645.3、板塊數(shù)的

14、確定（1）操作線方程（）精餾段上升蒸汽量： （5-6）下降液體量： （5-7）操作線方程： （5-8）已知R=2.5 =0.9958 ，故E的坐標為e（0.4404,0.59）（）提餾段經(jīng)過b(0.0176,0.0176),e(0.4404,0.59)操作線方程 y=1.35x-0.0062(2) 進料線方程（ q線方程）=0.4404(3)根據(jù)AutoCAD，運用圖解法作出理論塔板數(shù)的圖解。由圖中梯級數(shù)目可知，全塔理論塔板數(shù)為16.9層，減去塔釜相當?shù)囊粚樱残?5.9。精餾段：9.5 提留段：6.4(4)實際塔板數(shù)（）全塔效率ET=0.17-0.616lgM根據(jù)t-x-y相圖求得全塔平均溫

15、度=95 在溫度下查得 因為=0.44*0.245+0.56*0.273=0.271故ET=0.17-0.616lgM=0.17-0.616*lg0.271=52%（）實際塔板數(shù)N實際塔板數(shù)為Ne=15.9/0.52=30.6, 其中精餾段：Ne1=9.5/0.52=18.3, 實際為整數(shù)故取19塊提留段：Ne2=6.4/0.52=12.3, 實際為整數(shù)故取13塊塔釜相當于一塊塔板，因此取實際為整數(shù)故取31塊塔板，以保證質(zhì)量。5.4汽液負荷計算一、物性數(shù)據(jù)計算操作壓力：取塔頂壓力為Pd=101KPa,取每層塔板的壓降為0 .7KPa，故Pf=101+0.7*19=114.3 KPa,Pw=10

16、1+0.7*32=123.4 KPa精餾段平均壓力：P精 =（Pf+Pd）/2=107.6 KPa 提餾段P提=（Pf +Pw）/2=118.8KPa平均溫度：查t-x-y相圖，由內(nèi)插法可知=80.2 = 93.3 =109.3 =86.65,=101.3平均分子量：由=0.9958，查圖知，=，=0.9958，=98.9塔頂相對分子質(zhì)量：MVD=MA +(1-)MB , MVD=78.1 Kg/Kmol MLD=MA +(1-)MB , MLD=78.2 Kg/Kmol精餾段平均相對分子質(zhì)量：Ml=(85.8+78.2)/2=82 , Mv=(82.8+78.1)/2=80.45提留段平均相

17、對分子質(zhì)量：Ml=(91.8+85.8)/2=88.65,Mv=（82.8+91.4）/2=87.1由=0.4404，查圖知，=0.6574進料板分子質(zhì)量：MVF =MA +(1-)MB,MVF =0.6574*78+(1-0.6574)*92=82.8Kg/Kmol MLF =MA +(1-) MB, MLF=0.6574*78+(1-0.6574)*92=85.8 Kg/Kmol由=0.0176，=0.0176查圖知，=0.0425塔底相對分子質(zhì)量：MvW=MA +(1-)MB, MVW =91.4 Kg/Kmol MLw =MA +(1-) MB, MLw =91.8 Kg/Kmol表面

18、張力：80.293.3109.3苯21.2519.6617.74甲苯21.6720.3818.52塔頂表面張力：=0.4404*21.25+（1-0.4404）*21.67=21.49 mN/m 進料表面張力：=0.9958*19.66+（1-0.9958）*20.38=19.66mN/m塔底表面張力：=0.0176*17.74+（1-0.0176）*18.52=18.51 mN/m精餾段平均表面張力：=（19.66+21.49）/2=20.58 mN/m提留段平均表面張力：=（19.66+18.52）/2=19.09 mN/m液體粘度： 80.293.3109.3苯0.3080.2710.2

19、35甲苯0.3100.2790.230塔頂?shù)钠骄扯龋?0.308*0.9958+0.310*0.0042=0.308cP進料處的平均粘度：=0.271*0.4404+0.279*（1-0.4404）=0.275 cP塔底的平均粘度：=0.0176*0.235+0.230*（1-0.0176）=0.230 cP精餾段的平均粘度：=（0.275+0.308）/2=0.292 cP提留段的平均粘度：=（0.275+0.230）/2=0.253 cP表3已知數(shù)據(jù)位置進料板塔底塔頂(第一塊板)質(zhì)量分數(shù)XFL=0.4XWl=0.015XDL=0.987YFV=0.6YWV=0.0363YDV=0.995

20、摩爾質(zhì)量/液85.891.878.2氣82.891.478.1密度80.293.3109.3苯814.8800.1800.8甲苯809.8796.9797帶入到，（5-9）中，通過Excel求算塔頂液相平均密度=814.7Kg/m3進料液相平均密度=796.9Kg/m3塔底液相平均密度 =798.5Kg/m3精餾段的液相平均密度=（814.7+796.9）/2=805.88Kg/m3提留段的液相平均密度=（796.9+798.5）/2=797.68Kg/m3精餾段氣相平均密度=PM/RT=107.6*80.45/(8.314*359.8)=2.89 Kg/m3提留段氣相平均密度=PM/RT=1

21、18.8*87.1/（374.45*8.314）=3.32 Kg/m3二、汽液負荷計算精餾段： 5.56*2.5 =13.9Kmol/h =19.46 Kmol/h 13.9*82/805.8814=1.4 Vs=19.46*80.45/2.89=541.7提留段：V=V-(1-q)F=13.9 Kmol/h L=L+qF=13.9+12.93=26.83 Kmol/h Ls=13.9*88.65 / 797.68 =1.5 Vs=26.83*87.1/3.32=703.9汽液負荷列于表。精餾段提留段液相1.41.5 汽相541.7（0.15）703.9（0.2）5.5、精餾塔工藝尺寸計算一、

22、塔徑的計算精餾段：由于精餾段和提餾段的上升蒸汽量相差不大，為便于制造，我們?nèi)啥蔚乃较嗟?。由下面的公式給出： 由于適宜的空塔氣速，因此，需先計算出最大允許氣速。取塔板間距，板上液層高度，那么分離空間： 功能參數(shù)：0.043從史密斯關聯(lián)圖查得：，由于，精餾段=20.58 mN/m：所以0.0842 ，1.4取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速0.84477mm根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為同理提留段：0.033 ，0.0681.05，u=0.7*1.05=0.73 583mm根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為D=600mm因提留段大于精餾段的塔徑，故D=600mm則塔截面積At=3.14*0.6*0.6/4=0.283

23、m2 空塔氣速：u= Vs/At=703.9/（0.283*3600）=0.69m/s二、 塔高的計算塔的高度可以由下式計算： 已知實際塔板數(shù)為32塊，板間距由于料液較清潔，無需經(jīng)常清洗，可取手孔的數(shù)目為2個，取手孔兩板之間的間距，則塔頂空間，塔底空間，進料板空間高度，那么，全塔高度：Z=1.0+（31-2-2）*0.4+2*0.4+0.4+1.0=14.00m塔板結(jié)構尺寸的確定三、 塔板尺寸采用單溢六弓形塔板，不設進口堰。精餾段計算如下； 堰長 Lw=(0.60.8)D,取堰長Lw=0.7*0.6=0.042m 出口堰高 hw=hl-how,采用平直堰，取上層液板高度h=0.06mhow=2

24、.84/1000*E*,E=1.02,L=1.4,故hw=0.06-0.0065=0.0535弓形降液管寬度Wd和面積Af: =0.7,由弓形降液管的寬度與面積圖查得，=0.09，=0.15所以Af=0.09*0.283=0.025 Wd=0.15*0.6=0.09按=0.4*0.025*3600/1.4=25.7s驗算降液管停留時間，>5s,故降液管尺寸可用。降液管底隙處高度： 可取降液管底隙處液體的流速,取=0.1m/s,則=1.5/（0.42*0.1）=0.035(hw=0.0535)>(=0.035),故設計合理選用凹形受液面，深度為50mm同理提留段設計也符合尺寸，并且選

25、用凹形受液面，深度為50mm四、浮閥數(shù)目及排列采用F1型重閥，重量為33g，孔徑為39mm，底邊中心距t=75mm。1. 精餾段計算：浮閥數(shù)目 氣體通過閥孔時的速度取動能因數(shù)，那么6.47，因此20個排列 取無效邊緣區(qū)寬度，破沫區(qū)寬度，采用等腰三角形叉排。若同一橫排的閥孔中心距. =0.062那么相鄰兩排間的閥孔中心距為： 0.041m取時畫出的閥孔數(shù)目有20個.F0變化較小驗算合理。塔板的開孔率=13.0%，開孔率在10%14之間，滿足要求。2.提留段的計算：氣體通過閥孔時的速度6.0327=0.0620.031m取時畫出的閥孔數(shù)目有21個.F0變化較小驗算合理。塔板開孔率=13.63%，開

26、孔率在10%14之間，滿足要求。5.6、踏板流動性能校核一、氣體通過浮閥塔板的壓力降(單板壓降)精餾段 氣體通過浮閥塔板的壓力降(單板壓降)干板阻力 浮閥由部分全開轉(zhuǎn)為全部全開時的臨界速度為：5.92因為所以0.0295m板上充氣液層阻力 取板上液層充氣程度因數(shù)，那么：由表面張力引起的阻力 由表面張力導致的阻力一般來說都比較小，所以一般情況下可以忽略，所以：0.0595m=233.22<700故設計合理。提留段 u=5.32， 0.0474=370.9<700設計合理二、漏液驗算精餾段 動能因數(shù)，相應的氣相最小負荷為：其中2.94m/s所以可見不會產(chǎn)生過量漏液。提留段 動能因數(shù)，相

27、應的氣相最小負荷為2.744m/s四、液泛驗算精餾段 溢流管內(nèi)的清液層高度其中，所以，0.1225為防止液泛，通常，取校正系數(shù)，則有：可見，即不會產(chǎn)生液泛。提留段 溢流管內(nèi)的清液層高度其中，所以，0.11為防止液泛，通常，取校正系數(shù)，則有：可見，即不會產(chǎn)生液泛。五、霧沫夾帶驗算精餾段泛點率=查得物性系數(shù)，泛點負荷系數(shù)0.42m所以，泛點率=可見，霧沫夾帶在允許的范圍之內(nèi)5.7、塔板負荷性能圖一、霧沫夾帶上限線取泛點率為80%代入泛點率計算式，有：整理可得霧沫夾帶上限方程為： 二、液泛線液泛線方程為其中，代入上式化簡后可得：三、液體負荷上限線取，那么四、漏液線取動能因數(shù)，以限定氣體的最小負荷：=

28、0.07五、液相負荷下限線取代入的計算式：整理可得：六、操作性能負荷圖由以上各線的方程式，可畫出圖塔的操作性能負荷圖。所以，塔的操作彈性為5.8、主要工藝接管尺寸的計算和選取一、 進料管進料體積流量1.39=0.000386取適宜的輸送速度，故0.022m經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：實際管內(nèi)流速：0.787m/s二、釜殘液出料管釜殘液的體積流量：0.000235取適宜的輸送速度，則 0.017m經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：實際管內(nèi)流速：三、回流液管回流液體積流量 0.000148利用液體的重力進行回流，取適宜的回流速度，那么經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(Y

29、B231-64)，規(guī)格：實際管內(nèi)流速：0.522四、塔頂上升蒸汽管塔頂上升蒸汽的體積流量： 取適宜速度，那么經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：實際管內(nèi)流速：五、水蒸汽進口管通入塔的水蒸氣體積流量： 取適宜速度，那么經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：實際管內(nèi)流速：5.9、塔頂冷凝器/冷熱器的熱負荷（1）.如圖選取塔頂冷凝器作熱量衡算，若忽略熱損失可寫出： QC=VIVD-(LILD+DILD) 由于V=L+D=（R+1）D，故 Qc=（R+1）D（IVD-ILD）= （2.5+1）*5.56*（33110）=6.4（KJ/h） 式中，QC-全凝器的熱負荷，KJ/h

30、 R-操作回流比 D-塔頂產(chǎn)品量，Kmol/h IVD,ILD-分別表示飽和蒸氣飽和液體的焓值，KJ/kmol.（2）.冷卻介質(zhì)的用量可由下式計算； WC=QC/CPC(t2-t1)= 6.4/（4.2*（35-15）=7600 Kg/h 式中，WC-冷卻介質(zhì)用量，Kg/h CPC-冷卻介質(zhì)的比重，KJ/kg·ºC t1,t2-為冷卻介質(zhì)進、出冷凝器的溫度，ºC5.10、塔底再沸器的熱負荷（1）如圖對塔底再沸器進行熱量衡算可寫出： QB=VIVW+WILW-LILM+QL 由于L與W組成相近，故ILW=ILM且V'=L'-W=26.83-7.37=

31、19.46 Kmol/h 所以， QB=V'（IVW-ILW）+QL=11700*19.46=2.28 KJ/h 式中，QB-再沸器的熱負荷，KJ/h QV'-提餾段上升蒸汽量，Kmol/h IVW,ILW-分別為再沸器飽和蒸氣和飽和液體的焓值，KJ/kmol，查表可知！ QL-熱損失，KJ/h，可以忽略（2） 加熱介質(zhì)用量可由下式計算： Wh=QB/（IB1-IB2 ）=2.28/40.8=5580.4 kg/h 式中，Wh-加熱介質(zhì)用量，kg/h IB1,IB2-分別表示加熱介質(zhì)進、出再沸器的焓值，KJ/kg 若彩飽和蒸氣加熱，冷凝液在飽和溫度下排出，由于IB1-IB2=r

32、=40.8 KJ/kmol 所以，Wh=QB/r 式中，r-加熱蒸汽的汽化潛熱，KJ/kg第六章 機械設計6.1、設計條件：塔體與裙座的機械設計條件如下：（1） 塔體內(nèi)徑,塔高近似取H=14000mm。（2） 根據(jù)設計取最大工作壓力P=0.13,計算壓力，設計溫度t=130。（3） 設計地區(qū)：基本風壓值，地震設防烈度為6度，場地土類：類，設計地震分組：第二組，設計基本地震加速度為0.3g。（4） 塔內(nèi)裝有N=32層浮閥塔，每塊塔盤上存留介質(zhì)層高度為，介質(zhì)平均密度為。（5） 沿塔高每8塊塔板左右開設一個手孔，手孔數(shù)為3個，相應在手孔處安裝半圓形平臺3個，平臺寬度為B=800mm，高度為1000m

33、m。（6） 塔外保溫層的厚度為，保溫材料密度為。（7） 塔體與裙座間懸掛一臺再沸器，其操作質(zhì)量為。塔體與封頭材料選用16MnR，其中。（8） 裙座材料選用Q235-B。（9） 塔體與裙座對接焊接，塔體焊接接頭系數(shù)。（10） 塔體與封頭厚度附加量C=2mm，裙座厚度附加量C=2mm。（11） 管口尺寸；進氣管口水蒸氣入口塔頂蒸汽出口回流口塔釜6.2、按計算壓力計算塔體和封頭厚度一、塔體厚度計算 由于需要>3mm取=4mm，考慮厚度附加量C=2mm，經(jīng)圓整，取， 。二、封頭厚度計算采用標準橢圓形封頭： ，取=4mm,考慮厚度附加量C=2mm經(jīng)圓整后，取，。三、水壓試驗時的應力校核筒體的校核

34、T =1.25*0.2*604/(2*4)=18.875T0.9s滿足要求6.3塔設備質(zhì)量載荷計算1、筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量圓筒質(zhì)量： 封頭質(zhì)量： 裙座質(zhì)量： =+=1300+18.65+179.45=1453.3kg說明：(1)每平方米鋼板質(zhì)量G=，查得16MnR的密度，（2）其中，取塔體中徑計算面積（3）其中，（4）其中，2、塔內(nèi)構件質(zhì)量 （由表8-1查得浮閥塔盤質(zhì)量為75kg/m2）3、保溫層質(zhì)量 其中，為保溫層的質(zhì)量，kg4、 平臺、扶梯質(zhì)量 說明：由表8-1查得，平臺質(zhì)量；籠式扶梯質(zhì)量；籠式扶梯總高；平臺數(shù)量n=3。5、 操作時物料質(zhì)量說明：物料密度,塔釜圓筒部分深度h0=1.0m

35、，塔板層數(shù)N=32.，塔板上液層高度，由表4-21查得，封頭容積。 6、 附件質(zhì)量按經(jīng)驗取附件質(zhì)量為7、 沖水質(zhì)量其中，8、 各種質(zhì)量載荷匯總?cè)缦卤硭?，將全塔分?段，計算下列各質(zhì)量載荷（計算中有近似）塔段011223344頂合計塔段長度/mm1000200020004000500014000手孔與平臺數(shù)001113塔板數(shù)055101232103.8207.6207.6415.55191453.3106106212254.2678.2-124124248.7248.7808.1634343724404741391.56107107214257.685.5265252104130364.656

36、5661130113028828001200-2000164148727352764301310163全塔操作質(zhì)量/kg全塔最小質(zhì)量/kg水壓試驗時最大質(zhì)量/kg6.3風載荷與風彎矩計算一、風載荷23段風載荷式中：體型系數(shù)，對圓筒形容器為0.710m高處基本風壓值為400風壓高度變化系數(shù)，查表8-5得1.00計算段長度為2000mm脈動影響系數(shù)，由表8-7查得為0.72塔的基本自振周期，對等直徑、等厚度圓截面塔： 脈動增大系數(shù)，根據(jù)自振周期，由表8-6內(nèi)插法查得為2.2振型系數(shù)，由化工設備機械基礎第六版王立業(yè) 喻建良編著，表8-8內(nèi)插法查得為0.21風振系數(shù) 塔有效直徑。設籠式扶梯與塔頂管線成

37、90°，取以下a，b式中較大者 a. b. =400mm，取400mm，=100mm a. b. 取=2212mm 01段風載荷=0.7 =400 =1.00 =1000mm =0.72 =1.15s=2.2 =0.02 =400mm，=400mm，=100mm a. b. 取=1412mm 12段風載荷=0.7 =400 =1.00 =2000mm =0.72 =1.15s=2.2 =0.06 =400mm，=400mm，=100mm a. b. 取=1412mm 34段風載荷=0.7 =400 =1.00 =4000mm =0.72 =1.15s=2.2 =0.55 =400mm

38、，=400mm，=100mm a. b. 取=1812mm 4頂段風載荷=0.7 =400 =1.056 =5000mm =0.74 =1.15s=2.2 =1.00 =400mm，=400mm，=100mm a. b. 取=1812mm 各段塔風載荷計算結(jié)果計算段平臺數(shù)110004000.70.720.022.21.0311.001001412408220004000.70.720.062.21.0751.003001412850.8320004000.70.720.212.21.2051.005140022121647.5440004000.70.720.552.21.861.009180

39、018123795.8550004000.70.741.002.22.541.05614140018126804.3二、風彎矩的計算用C語言計算得出結(jié)果。截面00 截面11=截面226.4地震彎矩的計算取第一振型脈動增大系數(shù)=0.02則衰減指數(shù)塔總高度H=14000mm全塔操作質(zhì)量重力加速度地震影響系數(shù)由表8-2查得（防烈度8級）由表8-3查得計算截面距地面高度h:0-0截面：h=01-1截面：h=1000mm2-2截面：h=3000mm等直徑、等厚度的塔，按下列方法計算地震彎矩。截面0-0截面1-1截面2-26.5偏心彎矩計算各種載荷引起的軸向應力1、 計算壓力引起的軸向應力2、 操作質(zhì)量引

40、起的軸向壓應力截面0-0令裙座厚度；有效厚度；截面1-1其中，查附錄18，截面2-23、 最大彎矩引起的軸向應力截面0-0取截面1-1取截面2-26.6塔體和裙座的危險截面的強度與穩(wěn)定校核一、塔體的最大組合軸向拉應力校核截面2-2塔體的最大組合軸向拉應力發(fā)生在正常操作時的2-2截面上。其中，,載荷組合系數(shù)K=1.2 滿足要求二、塔體與裙座的穩(wěn)定校核截面2-2塔體2-2截面上的最大組合軸向壓應力滿足要求其中， R為筒體平均半徑 t = 170 MPa K = 1.2B=2/3AE=2/3×0.00124×1.9×100000=157.18 KB=188.62Kt =

41、1.2×170=204 截面1-1塔體1-1截面上的最大組合軸向壓應力1-1max =21-1+31-1 =+66.19 = 77.97 MPa1-1max = 77.97 MPa cr = min KB, Kt =min184.64,126=126 MPa滿足要求其中，A = 0.094（Ri e）=0.0943034)= 0.00124由附錄1-2，裙座材料在200下E=186000MPa 由附錄9-1 t =105 MPa, K = 1.2B=2/30.00124186000=153.87 KB=184.64 Kt =126MPa截面0-0塔體0-0截面上的最大組合軸向壓應力0

42、-0max =20-0+30-0 =+89=104.5MPa0-0max = 104.5MPa cr = min KB, Kt =min184.64,126=126MPa滿足要求其中，KB = 184.64 MPa, Kt =126 MPa, K = 1.2.6.7、塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核一、水壓試驗時各種載荷引起的應力1、試驗眼里和液柱靜壓力引起的環(huán)向應力T = (pT + 液柱靜壓力)（Di + ei）2ei pT = 1.25p t = 液柱靜壓力 = H =100014=0.14MPa 2、 試驗壓力引起的軸向拉應力1 = pT Di4e = 3、最大質(zhì)量引起的軸向壓應力22-

43、2 = m2-2maxg（Die） = 4、彎矩引起的軸向應力32-2 = 4（0.3Mw2-2 + Me）Di2e = 二、水壓試驗時的應力校核1、筒體環(huán)向應力校核 T =22.880.9s =263.9MPa滿足要求2、最大組合軸向拉應力校核2-2max =12-2-22-2+32-2 =9-15.55+23.46=16.91MPa0.9s =263.9 2-2max =16.910.9s =263.91MPa滿足要求3、最大組合軸向壓應力校核2-2max =22-2+32-2 =15.55+23.46=39.01MPa2-2max =39.01MPa cr = min KB, 0.9s=

44、min188.62,310.5=188.62MPa滿足要求6.8、基礎環(huán)設計1、基礎環(huán)尺寸取 Dob = Dis +300 =600+300=900mm Dib = Dis -300 =600-300=300mm 2、基礎環(huán)的應力校核max（M0-0maxZb）+（m0gAb），（0.3 M0-0max+ Me）Zb + mmaxgAb 其中：Ab = （D2ob - D2ib）4 = Zb =（D4ob D4ib）32 Dob = （1）bmax =（M0-0maxZb）+ （m0gAb） =（2）bmax =（0.3 M0-0max+ Me）Zb + mmaxgAb =取以上兩者中較大的值max =1.540MPa。選用75號混凝土，由表8-9查得其許用應力：Ra =3.5MPa,bmax =1.540MPaRa=3.5MPa滿足要求3