正戊烷-正己烷連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者姓名：魏淵指導(dǎo)老師：尚小琴〔教授〕板式精餾塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者姓名：魏淵指導(dǎo)老師：尚小琴〔教授〕板式精餾塔廣州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工原理》課程設(shè)計(jì)精餾塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)工程：正戊烷—正己烷連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)姓名：魏淵班級(jí)：化工121班學(xué)號(hào)：1205200081指導(dǎo)教師：尚小琴〔教授〕設(shè)計(jì)日期：目錄TOC\o"1-3"\h\u17335前言②再沸器對(duì)進(jìn)料黏度的適應(yīng)性：假設(shè)進(jìn)料黏度太大或者含有固體物質(zhì)，應(yīng)選用強(qiáng)制循環(huán)再沸器；假設(shè)進(jìn)料黏度不太大，那么可選用單程循環(huán)臥式再沸器。由以上計(jì)算結(jié)果可知，在本設(shè)計(jì)操作條件下：；再沸器的熱負(fù)荷為；加熱介質(zhì)為T=130℃，絕壓=270.25kPa的飽和水蒸氣；傳熱面積為。精餾塔塔底介質(zhì)汽化率為而精餾塔塔底液體黏度為，傳熱面積，故綜上可以初步判斷應(yīng)該選用熱虹吸臥式再沸器〔循環(huán)式〕。〔注：熱虹吸再沸器的汽化率不能超過(guò)25%~30%，因此當(dāng)汽化量較大時(shí)，不能選用一次通過(guò)式，必須采用循環(huán)式再沸器。〕由再沸器系列尺寸得：再沸器殼層為，管子尺寸為，管子數(shù)為205根，計(jì)算面積為；取再沸器進(jìn)口管徑，出口管徑。第十一章校核局部11.1塔的質(zhì)量載荷的計(jì)算11.1.1筒體圓筒、封頭、裙座質(zhì)量封頭的高度：筒體高度：查得，厚度的圓筒質(zhì)量為查得，厚度的橢圓形封頭質(zhì)量為圓筒質(zhì)量：封頭質(zhì)量：裙座質(zhì)量：所以11.1.2塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量查表得浮閥塔盤質(zhì)量為7511.1.3保溫層質(zhì)量由于價(jià)格廉價(jià)，較易制造，選用膨脹珍珠巖〔二級(jí)〕作為保溫層材料。其密度為100kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為0.050kcal/m.h.℃.采用直接涂抹式保溫法。因?yàn)榘霃酱笥?000mm，操作溫度小于150℃，保溫層厚度選為60mm。11.1.4平臺(tái)、扶梯的質(zhì)量表11-1直立容器質(zhì)量、、的參考數(shù)據(jù)名稱質(zhì)量籠式扶梯40kg/m開式扶梯15～24kg/m銅制平臺(tái)150kg/m2浮閥塔盤75kg/m2塔盤充液量70kg/m2平臺(tái)數(shù)量：由表查得：平臺(tái)質(zhì)量：籠式扶梯質(zhì)量：籠式扶梯高度：11.1.5操作物料質(zhì)量精餾段平均密度提餾段平均密度物料的平均密度封頭的容積塔釜圓筒局部深度11.1.6人孔，接管，法蘭等附件質(zhì)量按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為：11.1.7充液質(zhì)量11.1.8偏心質(zhì)量11.1.9各種質(zhì)量載荷匯總?cè)牟僮髻|(zhì)量：全塔最小質(zhì)量：水壓試驗(yàn)時(shí)最大質(zhì)量：11.2自振周期的計(jì)算分析塔設(shè)備的振動(dòng)時(shí)，一般情況下不考慮平臺(tái)與外部接管的限制作用以及地基變形的影響，而將塔設(shè)備看成是頂端自由，底端剛性固定，質(zhì)量沿高度連續(xù)分布的懸臂梁。設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量自振周期＝其中，為直立容器總高度，；為設(shè)計(jì)溫度下材料的彈性模量，；為直立容器筒體的有效厚度〔即名義厚度減去壁厚附加量〕，；為直立容器筒體的內(nèi)直徑，；11.3風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算安裝在室外的塔設(shè)備將受到風(fēng)力的作用。風(fēng)力除了使塔體產(chǎn)生應(yīng)力和變形外，還可能使塔體產(chǎn)生順風(fēng)向的振動(dòng)〔縱向振動(dòng)〕及垂直于風(fēng)向的誘導(dǎo)振動(dòng)〔橫向振動(dòng)〕。過(guò)大的塔體應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致塔體的強(qiáng)度及穩(wěn)定失效，而太大的塔體撓度那么會(huì)造成塔盤上的流體分布不均，從而使別離效率下降。因風(fēng)載荷是一種隨機(jī)載荷，因而對(duì)于順風(fēng)向風(fēng)力，可視為由兩局部組成：平均風(fēng)力，又稱穩(wěn)定風(fēng)力，它對(duì)結(jié)構(gòu)的作用相當(dāng)于靜力的作用；脈動(dòng)風(fēng)力，又稱陣風(fēng)脈動(dòng)，它對(duì)結(jié)構(gòu)的作用是動(dòng)力的作用。平均風(fēng)力是風(fēng)載荷的靜力局部，其值等于風(fēng)壓和塔設(shè)備迎風(fēng)面積的乘積。而脈動(dòng)風(fēng)力是非周期性的隨機(jī)作用力，它是風(fēng)載荷的動(dòng)力局部，會(huì)引起塔設(shè)備的振動(dòng)。計(jì)算時(shí)，通常將其折算成靜載荷，即在靜力的根底上考慮與動(dòng)力有關(guān)的折算系數(shù)，稱風(fēng)振系數(shù)。11.3.1風(fēng)力直立容器受風(fēng)壓作用時(shí)，如同為受均布載荷的懸臂梁，這類載荷是由于空氣流動(dòng)的推力和吸力造成的，而風(fēng)速的大小與方向均為隨機(jī)值，故實(shí)際是一種動(dòng)載荷。但為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將其視為靜載荷時(shí)，必須計(jì)入動(dòng)力系數(shù)與風(fēng)振系數(shù)，因此，直立容器任意段的水平風(fēng)力可按下式計(jì)算?！?.3〕式中，——直立容器第i段的有效直徑，籠式扶梯與進(jìn)口管布置成180℃角時(shí)，；當(dāng)籠式扶梯與進(jìn)口管成90℃時(shí)，取和中的較大值，mm；——容器第i段的外徑，mm；——空氣動(dòng)力系數(shù)，一般取；——風(fēng)壓高度變化系數(shù)；——塔頂接管外徑，mm；——籠式扶梯當(dāng)量寬度，??；——操作平臺(tái)當(dāng)量寬度，作為參考值可??；——塔設(shè)備各計(jì)算段的計(jì)算高度，mm；——接管保溫層厚度，mm；——容器第i段的保溫層厚度，mm；——第i段的風(fēng)振系數(shù)，當(dāng)直立容器高度時(shí)，取。風(fēng)壓計(jì)算時(shí)，對(duì)于高度在10m以下的塔設(shè)備，按一段計(jì)算，以設(shè)備頂端的風(fēng)壓作為整個(gè)塔設(shè)備的均布風(fēng)壓；對(duì)于高度超過(guò)10m的塔設(shè)備，可分段進(jìn)行計(jì)算，每10m分為一個(gè)計(jì)算段，余下的最后一段高度取其實(shí)際高度。本課程設(shè)計(jì)中，籠式扶梯與進(jìn)口管布置成90℃；查我國(guó)各主要地區(qū)根本風(fēng)壓值可知，南京的；考慮到風(fēng)壓高度變化，將塔設(shè)備分為四段，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〕；地面粗糙度為B類，指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比擬稀疏的中小城鎮(zhèn)和大城市郊區(qū)，其風(fēng)壓高度變化系數(shù)取值見表4-2。表11-2地面粗糙度類別為B時(shí)的風(fēng)壓變化系數(shù)值距地面高度Hit5101520風(fēng)壓變化系數(shù)0.801.001.141．25表11-3水平風(fēng)力計(jì)算表塔段/m0-55-1010-1515-15.79空氣動(dòng)力系數(shù)0.70.70.70.7第i段的風(fēng)振系數(shù)1.71.71.71.7風(fēng)壓高度變化系數(shù)0.801.001.141.25計(jì)算高度/mm500050005000790有效直徑/mm2332233223322332水平風(fēng)力/N388548565536959參考截面如以下圖所示11.3.2風(fēng)彎矩(1)0-0截面的風(fēng)彎矩：(2)1－1截面的風(fēng)彎矩：(3)2－2截面的風(fēng)彎矩：11.3.3最大彎矩令，偏心彎矩：塔底部截面0-0處：，取較大值，其中：(2)1－1截面的最大彎矩：(3)2－2截面的最大彎矩：附錄1正戊烷和正己烷的物化性質(zhì)GB150材料許用應(yīng)力GB150材料許用應(yīng)力壓力容器的公稱直徑〔mm〕無(wú)縫鋼管制作筒體時(shí)容器的公稱直徑〔mm〕附錄2GB709-2006鋼板的厚度允許偏差標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明：以下標(biāo)準(zhǔn)表格，是根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T709-2006《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》，結(jié)合我們鋼材貿(mào)易商的實(shí)際使用情況做了一些補(bǔ)充，對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)毫無(wú)影響。表1鋼板厚度允許偏差〔N類〕公稱厚度常用厚度寬度＞1.5～2.5米公稱厚度常用厚度寬度＞1.5～2.5米允許偏差最低厚度允許偏差最低厚度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鋼板厚度允許偏差〔A類〕公稱厚度常用厚度寬度＞1.5～2.5米公稱厚度常用厚度寬度＞1.5～2.5米允許偏差最低厚度允許偏差最低厚度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鋼板厚度允許偏差〔B類〕公稱厚度常用厚度寬度＞1.5～2.5米公稱厚度常用厚度寬度＞1.5～2.5米負(fù)偏差正偏差負(fù)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鋼板厚度允許偏差〔C類〕公稱厚度常用厚度寬度＞1.5～2.5米公稱厚度常用厚度寬度＞1.5～2.5米負(fù)偏差正偏差負(fù)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鋼帶〔包括連軋鋼板〕厚度允許偏差公稱厚度普通精度PT.A公稱厚度普通精度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：規(guī)定最小屈服強(qiáng)度≥345的鋼帶，厚度偏差應(yīng)增加10%。GB/T3274-2007規(guī)定1、鋼的牌號(hào)和化學(xué)成分應(yīng)符合GB/T700(普碳〕、GB/T1591〔低合金〕的規(guī)定。2、鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差應(yīng)符合GB/T709的規(guī)定。3、合同未明確時(shí)，按如下規(guī)定：附錄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

主要符號(hào)說(shuō)明表主要符號(hào)說(shuō)明Aa塔板開孔區(qū)面積，m2h’W進(jìn)口堰高度，mAf降液管截面積，m2hσ與克服外表張力的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺液柱A0篩孔總面積，m2Hd降液管內(nèi)清液層高度，mAT塔截面積，m2HP人孔處塔板間距，mC0流量系數(shù)，無(wú)因次HT塔板間距，mC計(jì)算時(shí)的負(fù)荷系數(shù)，lW堰長(zhǎng)，mCs氣相負(fù)荷因子，m/sLs液體體積流量，m3/sd0篩孔直徑，mn篩孔數(shù)目D塔徑，mNT理論板層數(shù)eV液沫夾帶量，kg(液)/kg(氣)P操作壓力，PaET總板效率，無(wú)因次ΔP壓力降，PaF氣相動(dòng)能因子，kg1/2/(s*m1/2)ΔPp氣體通過(guò)每層篩板的壓降，PaF0篩孔氣相動(dòng)能因子，kg1/2/(s*m1/2)t篩孔的中心距，mhW出口堰高度，mu空塔氣速，m/sh1進(jìn)口堰與降液間的水平距離,mu0氣體通過(guò)篩孔的速度，m/shc與干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱u0,min漏液點(diǎn)氣速，m/shd與液體流過(guò)降液管相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺u'0液體通過(guò)降液管底隙的速度，m/shf塔板上鼓泡高度，mVs氣體體積流量，m3/sh1與板上液層阻力相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱Wc邊緣無(wú)效區(qū)寬度，mhL板上清液層高度，mWd弓形降液管寬度，mh0降液管的底隙高度，mWs破沫區(qū)寬度，mhOW堰上液層高度，mZ板式塔的有效高度，mβ充氣系數(shù)，無(wú)因次δ篩板厚度，mθ液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間，sμ粘度，mPa/sρ密度，kg/m3б外表張力，N/mФ開孔率，無(wú)因次下標(biāo)Max最大的Min最小的L液相的V氣相的參考文獻(xiàn)[1]夏清，陳常貴編．化工原理修訂版〔上、下冊(cè)〕．天津：天津大學(xué)出版社，2005．1．[2]蔡紀(jì)寧，張秋翔編．化工設(shè)備機(jī)械根底課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000．6．[3]申迎華，赫曉剛編．化工原理課程設(shè)計(jì)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.5．[4]伍欽，梁坤編．板式精餾塔．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010．8．[5]沈文霞編.物理化學(xué)核心教程〔第二版〕．北京：科學(xué)出版社，2009．[6]馬江權(quán)，冷一欣．化工原理課程設(shè)計(jì)．北京：中國(guó)石化出版社，2009．[7]孫蘭義編．化工流程模擬實(shí)訓(xùn)—AspenPlus教程．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．2012．10．[8]中國(guó)石化集團(tuán)上海工程編．化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)〔第三版〕．化學(xué)工業(yè)出版社，2003．[9]龍軍．精餾塔適宜回流比確實(shí)定［J］．石油煉制與化工，1992，27(1)：51~55．結(jié)束語(yǔ)本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)給定的生產(chǎn)操作工藝條件自行設(shè)計(jì)一套正戊烷－正己烷物系的別離的塔板式連續(xù)精餾塔設(shè)備。通過(guò)近兩周的努力，反經(jīng)過(guò)復(fù)雜的計(jì)算和優(yōu)化，終于設(shè)計(jì)出一套較為完善的塔板式連續(xù)精餾塔設(shè)備。其各項(xiàng)操作性能指標(biāo)均能符合工藝生產(chǎn)技術(shù)要求，而且操作彈性大，生產(chǎn)能力強(qiáng)，到達(dá)了預(yù)期的目的。課程設(shè)計(jì)是對(duì)以往學(xué)過(guò)的知識(shí)加以檢驗(yàn)，能培養(yǎng)理論聯(lián)