機械設(shè)計大連理工專業(yè)

文獻綜 填料塔的現(xiàn) 各種類型塔板的介 泡罩型塔 浮閥塔 條形浮閥塔 VV塔 Superface塔 國外板式塔技術(shù)的進 設(shè)計特 發(fā)展趨 今后的工 新分離技 填料 塔填 液體分布 板式塔與填料塔的比 CAXA電子圖 概 系統(tǒng)特 數(shù)據(jù)接 工程圖輸 CAXA電子圖板與AutoCAD功能比 塔設(shè)備工藝設(shè) 設(shè)計條 工藝條件 操作條件 物料衡算及熱量衡 物料衡 熱量衡 塔板數(shù)的計 試差法計算過 最小回流比計算 逐板計算過程 精餾塔工藝設(shè) 物性數(shù) 初估塔 塔高的估 溢流裝置的設(shè) 溢流型式的選 降液管（弓形 溢流 塔板布置和其余結(jié)構(gòu)尺寸的選 塔板及其分 閥孔的尺寸及排 塔板流動性能校 液沫夾帶量校 塔板阻力hf的校 降液管液泛校 液體在降液管中的停留時 嚴重漏液校 負荷性能 塔設(shè)備機械設(shè) 按計算壓力計算筒體和封頭的壁 塔的質(zhì)量載荷計 塔殼和裙座的質(zhì) 塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量 人孔，法蘭，接管與附屬物質(zhì) 保溫材料質(zhì) 平臺，扶梯質(zhì) 操作時塔內(nèi)物料質(zhì) 充水質(zhì) 全塔操作質(zhì) 全塔最小質(zhì) 3.2.10全塔最大質(zhì) 塔的自振周期計 地震載荷計 風載荷計 風力計 風彎矩計 各種載荷引起的軸向應 筒體和裙座危險截面的強度和穩(wěn)定性校 筒體的強度與穩(wěn)定性校 裙座的穩(wěn)定性校 筒體和裙座水壓試驗應力校 筒體水壓試驗應力校 裙座水壓試驗應力校 基礎(chǔ)環(huán)設(shè) 基礎(chǔ)環(huán)尺 基礎(chǔ)環(huán)應力校 基礎(chǔ)環(huán)厚 地腳螺栓設(shè) 補強計算：（此處只對人孔進行補強計算 附 參考文 規(guī)整填料是繼散堆填料之后在近20余年來發(fā)展的高效新型填料,國外有許多品種,改進分離效果、減少能耗、安全生產(chǎn)和穩(wěn)定操作的重要技術(shù)措施。規(guī)整填料的特點為:10加。同時允許通量在較大的范圍內(nèi)變化。規(guī)整填料本身的彈性比可高達100,但實際填AstonUnaPak技術(shù)開發(fā)公司開發(fā)了高效廉價的板花規(guī)整填料。其8080m2m3率與MellaPak350Y型(比表面積350m2/m3)相當;天津大學填料塔新技術(shù)公司1991年引進了蘇爾壽公司的Mellapak自動生產(chǎn)線,并自已開發(fā)了碳鋼滲鋁板波司開發(fā)了LH型規(guī)整填料。這些成果都在工業(yè)生產(chǎn)中取得了成功的應用。1813Cellier200年的不斷改進和創(chuàng)新,在板式塔發(fā)展史上起了重要作用。泡罩塔技術(shù)成熟,操作穩(wěn)定,存在著塔板壓降較高,霧沫夾帶大及造價較高等問題,目前使用較少。(1)面落差小;(3)結(jié)構(gòu)簡單,造價低。不足之處是塔板上液層梯度大,液體返混較大,浮F21圓盤形浮閥自從1953年開發(fā)成功后,因其具有操作彈性大、效率高等諸多優(yōu)點,一定的影響;塔板上液面梯度較大;塔板上液體返混程度較大;在塔板兩側(cè)弓形部位開發(fā)F21型浮閥塔板的改進型塔板。導向浮閥塔板是對F21型浮閥塔板的改進,由華東理工大學開發(fā)并獲國家專利;蘭州石油機械研究所近幾年開發(fā)了順排導向條形浮閥塔盤和T形排列條形浮閥塔象。T形排列條形浮閥塔盤的技術(shù)特點:采用獨特的“T”形排列,任意兩相鄰條運動,減少霧沫夾帶,增大了允許操作氣速,提高了分離效率和處理量。VV德國Stahl公司在20世紀80年代推出的一種高彈性浮閥塔板(Varioflex2ValveTrayVV520mm520mm同時固定閥保證氣體水平吹入液體,強化了氣液接觸時的湍動作用。Superface用氣體動能來推動塔板上的液面,以減小塔板上的液體落差。當前,塔板的開發(fā)研究主要有兩個側(cè)重點,一是針對提高效率,一是針對某些特Koch2Glitsch公司的Max2Fractray、Suerfractray、BiFractray、NyetrayUltrafractray;NortonTritontray、Provalvetray;UOPECMDtrayVG2MDtray和MUtraySulzer公司的VortextrayJaegerCoFlotrayTrutnatrayNutter公司的MVGtrayFlowcontroltray;ShellShell’sConSeptray;T2bysievetray發(fā)了用壓縮拉伸網(wǎng)孔板制造的斜孔噴射塔板(Тарелкапзиросеино2微型的特殊固定閥和浮動閥件,這些小閥件的塔板可以提高傳統(tǒng)塔板的氣相負荷能力30%Bi2FractraySuperfracMinivalvetray和NyeMinivalvetray等。入口面積的強化,是充分利用了降液管底下的面積,增加了氣相的處理能力。與傳統(tǒng)塔相比,這些塔板可增加處理能力達25%,并能保持原有的效率和彈性。這方面有Max2Fractray、Superfractray、Nyetray、Tritontray和Vortextray等。其中最典型的Nyetray。由于高壓精餾條件,板式塔的液泛往往是從降液管開始的。Nye塔板的降液管設(shè)計,除了通常的塔板開孔區(qū)外,蒸汽可以從降液管以下的進口區(qū)上升,通過液體從上層塔板的降液管流出口以下的一塊特殊設(shè)計的進口篩孔板流入兩相接觸區(qū)。Nye的優(yōu)點。如用它來改造浮閥塔板和篩孔塔板,可以提高處理能力25%～50%。而Superfrac塔板是既利用其入口面積強化,又利用其鼓泡面積強化的高性能塔板,可以需對原有塔體的焊接內(nèi)件改動,在短期檢修期間即可完成。單板復合繼續(xù)開展對塔板加填料型復合塔板的研究[1]。為了提高大處理Screentray放上絲網(wǎng)填料的設(shè)想,結(jié)果出現(xiàn)了下面的現(xiàn)象:①早期的氣泡形成被抑制,并變成分型式的復合塔板,如前面提到的德國開發(fā)的帶金屬薄片傳質(zhì)元件的塔板,實質(zhì)上也是整塔復合應用多種塔板組合的綜合式板式塔技術(shù)在板式塔設(shè)計和技術(shù)改造中的工況選擇最合適的塔板,以強化塔板上氣液兩相的傳質(zhì)過程,提高塔的處理能力和氣液并流塔 主要有TheFlowControltray、CoFlotray等氣氣并流塔 主要有Ultrafractray高速塔板和變型,尚無突破能高的液液并流塔板。除了早先推出的復式塔板(Pluraltray流塔板還有Slittray(A型)等。KochT0Sulzer公司的扣鉤浮閥塔板(SnapinvalvetrayNutter公司的B型浮閥塔板和V2Grid條形固定閥塔板。此MD塔板、P2K塔板、ScreentrayNewVST塔板等?，F(xiàn)階段在改進與完善原有分離方法與技術(shù)的同時,人們非常重視新分離方法的研手段的蒸餾技術(shù)仍是當代應用最廣的一種工業(yè)分離混合物的方法,但并不是對所有混合物的分離都適用或是最好的方法,即使是對于最適宜的場合,也還有一個提高分離的化學工程,以尋求特殊的蒸餾方法?；瘜W工程是石化裝備的基礎(chǔ),兩者不可分割,因復合蒸餾即蒸餾過程與其他過程同時進行,以達到強化蒸餾和簡化過程的目的。例如化學反應蒸餾、催化反應蒸餾(精餾)、吸附蒸餾和萃取蒸餾等?；旌险麴s即蒸餾與其他分離方法相結(jié)合的過程。如滲析蒸餾(Osmoticdistillation)、蒸發(fā)?蒸餾和膜蒸餾(Membranedistillation)等。隔壁塔(Divided2wallColumn)這是將熱偶蒸餾的預分餾塔植入主塔的腹部,中間用一隔板分隔,構(gòu)成一個復合連體,從而簡化了塔系和流程,號稱21世紀技術(shù),這種塔又稱為“塔中塔”(ColumninColumn)。ColumegTM蒸餾塔這是日本三菱化學工(株)的新技術(shù),是將分批蒸餾與連續(xù)蒸餾系統(tǒng)合二為一,大大節(jié)約了投資。NIULEXTM分餾塔小的優(yōu)點。進入8041.1所1.波紋規(guī)整填料波紋規(guī)整填料可分為:絲網(wǎng)波紋填料、板波紋填料、網(wǎng)孔波紋填圖1.2是波紋板片的形狀,圖1.3與散裝填料相比有許多優(yōu)點,其中最大的優(yōu)點是波紋規(guī)整填料較好地處理了填料的比表面積和空隙率的關(guān)系。一般的散裝填料,空隙率大則比表面積小,通量大而效率低,比表面積大,則空隙率小、效率高而通量小。從表1.1的比較可知,250Y金屬波紋板填料比Dg50金屬鮑爾環(huán)的比表面積大一倍多,而空隙率不但沒有下降,還略有提高。這是250Y填料比Dg50金屬鮑爾環(huán)傳質(zhì)效率提高70%左右的主要因素。盡管不同的應用場合,效率和通量的數(shù)據(jù)會有所變化,但填料的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定了250Y填料的效率和通量大于Dg50金屬鮑爾環(huán)。與板式塔相比,Dg50金屬鮑爾環(huán)除具有壓降低的優(yōu)勢以外,在效率方面,沒有優(yōu)勢。板間距500mm80HETP為01625mDg50金屬鮑爾相當。而250Y填料無論壓降還是效率與板式塔相比,優(yōu)勢非常明顯。因此,波紋規(guī)整填料問世以后,受到世界各國的重視,開展了廣泛的研究,在新塔設(shè)計和老塔圖1.2圖1.3環(huán)己酮精餾塔的改造。某廠環(huán)己酮生產(chǎn)精餾塔塔徑116m,塔高40m,原安裝70702515m250Y金屬波紋板填料。每5m填料層安一只液體再分布器。改造前后各項指標對比如表1.2。由表1.2可知,250Y金①通量大,在塔體不變的條件下,環(huán)己酮產(chǎn)量從5000t/a擴大至10000t/a統(tǒng)的環(huán)己酮減少,而且回流比從5下降至217,下降將近一半。③壓降低,在塔頂絕壓相同的情況下,釜溫從126℃下降至90℃。由于釜溫降低,可加熱,蒸餾得率3項的提高所產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益達每年20116萬元。圖 論計算可知,在保溫和熱量回收理想情況下,外供蒸汽量可降低到400kg/t氨以下,較大程度的回收變換氣余熱自產(chǎn)蒸汽,在不增加塔高塔徑的條件下,通過采用7022.矩鞍環(huán)填料環(huán)形填料和鞍形填料是主要的2矩鞍環(huán)把環(huán)形和鞍形填料結(jié)合在一起,因此兼有兩者的優(yōu)點。金屬矩鞍環(huán)由美國諾頓(Norton)公司于1978年開發(fā)成功,在此基礎(chǔ)上,我國研制出了國產(chǎn)的矩鞍環(huán)填料,金從其結(jié)構(gòu)來看,這種填料最大的特點是,整個填料是開放式的,幾乎是由幾條筋于Dg50(95250Y金屬波紋板材料(97點。從圖1.53圖 123相同公稱直徑的3種填料,矩鞍環(huán)的比表面積最小,但其傳質(zhì)效率并未下降,與積得到充分利用,與鮑爾環(huán)相比有效氣液接觸面積并未像比表面積那樣下降那么多,填料的結(jié)構(gòu)使得液體在填料上匯合和分散的點較多,有利于液體的表面更新,提高傳300×104t和250×104t的2套原油蒸餾裝置,其減壓塔均按生產(chǎn)潤滑油餾分類型設(shè)241.6在減壓塔<412m表 40t/h100t/h填料高度:三蒸餾為1172m2119m3113m18m3二蒸餾的處理量正常時比三蒸餾大,最大達9500t/h,減壓塔頂?shù)牟僮魅蕴幱谡Ｇ?8.14260.1321.19生變化,因此新投用的填料應采用耐腐蝕的材質(zhì)為好。32液萃取和氣液傳質(zhì)的扁環(huán)填料,也具有優(yōu)良的性能。3管式液體分布器1.6圖1.6時,對液體分布的質(zhì)量影響較小。管式液體分布器要求液體較為清潔,并在分布器之前安裝過濾器,以免堵塞噴淋孔。一徑可取215mm以下,但提高對流體過濾的要求。圖 槽式液體分布器槽式流體分布器分布主要分孔流型和溢流型兩種,如1.7所示。分布器除了圖1.7所示以外,還有多種形式,目的為了提高分布器的操作彈性和改善盤式液體分布器盤式分布器的結(jié)構(gòu)如圖1.8所示,噴淋孔設(shè)置在盤的底板上,升氣小的場合,作為流體再分布器所占用的空間較小。圖 液體再分布器即使在液體初始分布較為均勻的情況下,由于填料的自分布作用和用有兩個:一是把液體重新分布均勻;二是使整個塔截面濃度不均勻流體混合,使流高氣通量的旋流塔板、高液通量的DJ塔板等,通量大于填料塔。在高壓操作的條件下,板(其實也是一種復合塔板)的效率與波紋填料的相當。繪圖軟件。XPr2CAXACAXAV2XPCAXACAD軟件系統(tǒng)，它是為滿足國內(nèi)企業(yè)界對計算CAXA鄭重推出的。CAXACAXACAXA始終跟蹤國內(nèi)外先進技術(shù)，盡CAXACAD系統(tǒng)。它以交互圖形方式，對幾何模型進CAXA電子圖板的不斷完善，它將是設(shè)計工undo/redoCAD標準化審查。系統(tǒng)既備有符合國Access和Excel數(shù)據(jù)庫接口。CAD系統(tǒng)的用戶提供了標準的數(shù)據(jù)接口，可以有效地繼承您以系統(tǒng)支持對象鏈接與嵌入，您可以在繪制的圖形中插入其它Windows應用程序如MicrosoftWord的文檔、MicrosoftExcel的電子表格等，也可以將繪制的圖形嵌入到其取CAXA加工軟件的幾何數(shù)據(jù)。CAXAWindows驅(qū)動打印機和繪圖儀，而且在繪CAXA電子圖板繪制的圖紙，最適合在安裝滾筒紙的大幅面打印機或繪圖儀CAXAAutoCAD界面基本一致，但它AutoCAD的命令行，各種命令在立即菜單中都有顯示，無需鍵盤輸AutoCAD的界面相比，CAXA電子圖板更簡潔，相同尺寸屏幕上繪圖區(qū)的有矩形、圓、圓弧、圓環(huán)和橢圓等，CAXA電子圖板則分為基本曲線和高級曲線兩類，等距線繪制。在直線命令中集成了AutoCAD的射線、構(gòu)造線和多線等命令。AutoCAD中的偏移命令，但它可雙向同命令選擇填充來實現(xiàn)?？梢?，CAXA電子圖板的繪圖功能比AutoCAD更加全面。CAXAAutoCAD的所有編輯命令，其中最具端和軸孔倒角，繪制軸孔類零件十分方便。外倒角和內(nèi)倒角，如圖1所示。滿足機械圖樣中局部放大的要求，如圖2所示。

1.10CAXAAutoCAD相比，命令更齊全，集成度更高。例如，AutoCAD所有的尺寸標注命令外，還新增了許多更加實用的命令(如CAXA電子圖板為用戶提供了豐富的標準件的參數(shù)化圖庫，包括常用的機械零件、CAXAAutoCAD相比，除了有符合國標的圖紙幅面、圖框7.CAXACAXAAutoCAD相比雖然有不少創(chuàng)新之處，但仍存在許多不足，尤其是在AutoCAD中比較成熟的東西，在CAXA電子圖板中反而比較粗糙。AutoCAD的“對象捕捉”CAXA電子圖板特征點的xf65%（摩爾百分數(shù)塔頂操作壓力：P=2.5MPa（表壓回流比系數(shù) DWDdWwF 解得：D65.625kmolh;W34.375kmol1）LRD;VR1假設(shè)塔頂溫度Tt0256.15KPt2.50.1P-T-KKA0.975,KB則1KAKBP-T-KKA0.975,KB則2KAKB所以有平均122飽和蒸汽進料qq

代入數(shù)據(jù)，解得 y

1(RminxDyeyeR1.5Rmin精餾段方程

x nn x R1 R提餾段方程

xn

qL xn qqq Lq 直至xn 計算結(jié)束。理論板數(shù)：Nt=35（含釜精餾段 提餾段 PrPPc0.52,對比溫度TrTTc查得壓縮因子ZVPM/(ZRT51.95kg液相表面張力：2.929m

F

VM/(3600V)0.0638m3/LM/(3600L)0.007m3/ C200

操作氣速：u=泛點率AVvsuAdA/AT=1-Ad/AT截面積:AT=A/0.88=1.892m塔徑：D 符合《化工原理》P1086.10.1P110

D21.5386m2AA0.12 氣體流道截面積：AAA AAA ZHTNp29.25mZ3060L

所以，總塔高hZ0.25(0.60.45)41.51.51.4536.9mLh45.72m3/ 降液管（弓形所以，堰長lw0.73DE=1.0Lvh2/how2.84103E W

0.0241m取堰高hw0.05m,底隙hb取塔板厚度邊緣區(qū)寬度bc=50mm

r2sin1x)r2r2xD2bdbs0.44mrD/2bc0.75m取動能因子F12，u 1.66m/ ()0VdV則A00.072m2可估算孔心距A/Aa

t 定浮閥的實際個數(shù)nt=150mm布孔，實際排閥數(shù)目為33。1 1.36L 1 L

1F1A

或 0.78A 查《課程設(shè)計》P2175-195-11CF0.118,K hfh0h1干板阻力h0u2閥全開h v0,未全開h1.99u0175/L 2g L聯(lián)立上兩式得：臨界孔速uoc1.114msu01.558m故閥全開，用上式計算h0。得h00.078m液柱塔板氣液層阻力hL為碳烴化合物，取充氣系數(shù)00h0.004/(Lgd0.8105m液柱hfh0h1h0.1113m液柱0HdhWhOWhf Lvs Lvhh d0.153 1.18108 0.017mW W

hb

lWhbHdhWhOWhfhd0.0227m取降液管中泡沫層相對密度：H'Hd0.371mHT

0.450.05 Ad

7.9s5s0F'50 0.6935m/s,u1.66m/K

'2.311.5//1 1.36L 1 L

1F1A

或 0.78A Vh3.83Lh1332令 0..0284E(L/L)2/30.006,其中E Lh3.41m3取動能因子F5，則V18000A 187.3m3/ 令Ad

得： 720HA75.33m3/ TH'HhH/ HdhWhOWhfhd V24120000070270L2/3 L45.72m3h,V428.04m3 2.1塔體16MnR:[σ]t170MPa,[σ]=170MPaσ裙座Q235-A:[]t113MPa,[]113MPa,sE1.9*105c筒體：S= pcDi 21701-1.8c 1.81600 21701-加上壁厚附加量C3mm，并圓整，還應考慮剛度、穩(wěn)定性及多種載荷等因素，取筒體、封頭、和裙座的名義厚度Sn均為18mm（通過以下詳細計算反復跌代可計算），SeSnC18216mm。m14

(Do2Di2 1.23621.22)34.847.851034m25142Dis1800mm,Dos1836mm,dis1200mm,dos1236mmm(Dom2Dim2

(1.53621.52)57.851033369.254kgm01m1m2m3查得浮閥塔盤單位質(zhì)量75kg Di2

65

1.225775 [(Do

)2Do2]Ho

平臺單位質(zhì)量qp150kg籠式扶梯單位質(zhì)量qF40kg m04

[(Do

2B)2(Do2s

]

qf

Di2hND V p mDi2H o

2Vf

m0m01m02m03m04m05mamminm010.2m02m03m04ma3.2.10mmaxm01m02m03m04mwma3.1質(zhì)量合1234567計00000000000000000塔段長度00110114001m0HT1 10m0H查得：max0.237Tg0.3（Ⅱ類場地土，近震地震影響系數(shù)

(Tg)0

故取10.46結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)CzM'0016CzmgH1.4108 1 M001.25M'00 M'118Cz1m0g(10H3514H25h4h35) 175H2 M111.25M'111.7108 M'228Cz1m0g(10H3514H25h4h35)1.1106 175H2 M221.25M'221.4108 1）風振系 各計算塔段的風振系數(shù)K2i由

1izifi3.212345675脈動增大系數(shù)脈動影響系數(shù)振型系數(shù)φzi(12）Dei設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成900角，取平臺構(gòu)件的投影面積

Doi2siK3Doi2siK4do2式中，塔和管線的保溫層厚 sips100mm，塔頂管線外od325mm,K3400mm，K4o3.3塔段 塔 8000 8000 2086 2086由式PKKqfl 120113.41234567M00Pl1P(ll2) P(llllll6)1.9109N 1 2 6 M11Pl2P(ll3) P(lllll6)1.8109N 2 3 6 M22Pl3P(ll4) P(llll6)1.5109N 3 4 6 pc

e00

00g202

11202

g

222 -5.70796MPa2MMM

MwMii0.25Mw 計算結(jié)果如下：（單位Mmax001.9109NMmax111.8109N 221.5109N

M

M 33

113

isMZM22

M

i強度校 筒體危險截面2－2處的最大組合軸向拉應 因為因為

K[穩(wěn)定性校 筒體危險截面2－2處的最大組合軸向壓應

2－22－2 許用軸向壓應力[]crmin{KBK[ 其 按GB150《鋼制壓力容器》中的規(guī)定，A0.094/(Ri/Se)則算得[]cr

0－00－0

1－11－1 A0.094/(Ri/Se) 則[]crmin{KBK[]t因 max組

由試驗壓力引起的環(huán)向應力 p1.25P[] pT液柱靜壓力0.9s263.925MPa因為0.9

Se/(2Sei)1pTDi/(4Sei)222 222 e3223

2－22－2

軸向許用壓應力[]crmin{KB0.9Ks

-

max-A000.3M00w3

4is4110.3M11 Z3Z 軸向許用應力[]crmin{KB0.9Ks因為因為max

取DobDis160~400)2300mmDibDis160~4001800mm(D4D4 Z ib7.510b(D2D2A ib

mg0.3M M max0 max}M 因為bmaxM36l160mm，則bl b查表得Mx0.165bmaxb29001.31Nmm/mmM0.0781 l26259.87Nmm b取MsMx9001.31Nmm基礎(chǔ)環(huán)材料的許用應力[]bSb 取SbwB M00mmingwB M000.25M00mgB B

所以取B因為E0d1 p=1.8MPa 鋼板負偏差ddi2c(530218)2(2.72) 筒體計算厚度Ad2(tnc)(1fr)dMAXB2d,Bd2nMINh1 dtn,A(Bd)()2(tc)()(1fr)(Bd)()