1、南华大学机械工程学院毕业设计第 1 页/共 50 页甲醇精馏塔设计【摘要】 甲 醇 用 途 广 泛 ， 是 基 础 的 有 机 化 工 原 料 和 优 质 燃 料 。 主 要 应 用 于精 细 化 工 ， 塑 料 等 领 域 ， 用 来 制 造 甲 醛 、 醋 酸 、 氯 甲 烷 、 甲 氨 、 硫 酸 二 甲 酯等 多 种 有 机 产 品 ， 也 是 农 药 、 医 药 的 重 要 原 料 之 一 。 甲 醇 在 深 加 工 后 可 作 为一 种 新 型 清 洁 燃 料 ， 也 加 入 汽 油 掺 烧 。 因此，甲醇在现实中需求量是比较大的，甲醇的大量生产也是很有必要的。本设计主要是化工容器
2、甲醇精馏塔的设计及压力控制系统设计，主要介绍了甲醇在工业中的应用，精馏塔的设计过程以及关于化工压力容器的设计的了解。本设计师通过课题壁厚的设计，填料的选择以及附件的设计，加深对压力容器的认识达到研究的目的和期望的结果，加深对涉及国内外先进的制造技术和有关压力容器的设计及工艺等方面的内容的学习和认识。通过查阅各种相关的文献资料，据此熟悉研究内容、合理的安排课题进度和容器设计路线。设计过程主要包括校核方案的最优化选取，导向方案中材料参数的设定，校核方法的选择，采用此设计方案的原因及形状的选择；筒体等的计算；工件的加工精度分析等。【关键词】 精馏塔 填料 压力控制系统 设计、校核方法南华大学机械工程
3、学院毕业设计第 2 页/共 50 页Abstract: Methanol is widely used as based Organic chemical raw materials and High-quality fuel. It is mainly used in Fine Chemicals an, Plastic and other fuilds. Also，it is used to make of Formaldehyde Acetate Chloromethane Methylamine Dimethyle sulfate and many other Organic prod
4、ucts. It is one of important Stuff of Pesticides and Medicine. Methanol can be used as a new clean fuel after deep processing. It can be burned with gasoline. So it is a great requirement of methanol in our life, and it is necessary to produce a lot of it. The graduation project is mainly chemical c
5、ontainers-the design of methanol distillation and pressure control system design, the main pressure vessel. And it introduced the use of methanol in industry, the process of design of distillation as well as Chemical Pressure Vessel Design understanding. This design is through the sheel wall thickne
6、ss, the filler picking and accessories designed to enhance awareness of the pressure vessel to achieve the study objectives and desired results better understanding of the involved in advanced manufacturing technology and the pressure vessel design and technology and other aspects of the study and u
7、nderstanding. Through inspection of all relevant documents, thus familiar with the research content, reasonable arrangements and containers subject of the progress of the design route. The design process, including verification program as long as the optimal selection, program-oriented material para
8、meter settings , Checking methods of selection, the use of this design and the shape of the reasons for selection; cylinder, such as the calculation; workpiece machining accuracy analysis.Keywords: Distillation Filler Pressure control system Design Checking methods南华大学机械工程学院毕业设计第 3 页/共 50 页第一章
9、;前言产 品 介 绍 ： 1.甲 醇 性 能 与 用 途 甲醇系结构最为简单的饱和一元醇，CAS号有 67-56-1、170082-17-4，分子量 32.04。又称“木醇”或“木精” 。是无色有酒精气味易挥发的液体。有毒，误饮 510 毫升能双目失明，大量饮用会导致死亡。用于制造甲醛和农药等，并用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。通常由一氧化碳与氢气反应制得。其应用：1.基本有机原料之一。主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多种有机产品：2.用作涂料、清漆、虫胶、油墨、胶黏剂、染料、生物碱、醋酸纤维素、硝酸纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛等的溶剂；3.是制造农药、医药、塑料、
10、合成纤维及有机化工产品如甲醛、甲胺、氯甲烷、硫酸二甲酯等的原料。其他用作汽车防冻液、金属表面清洗剂和酒精变性剂等；4.是重要的溶剂，可掺入汽油作替代燃料使用。20 世纪 80 年代以来，甲醇用于生产汽油辛烷值添加剂甲基叔丁基醚、甲醇汽油、甲醇燃料，以及甲醇蛋白等产品，大大促进了甲醇生产的发展和市场需要；5.用作分析试剂，如作溶剂、甲基化试剂、色谱分析试剂。还用于有机合成；6.甲醇为清洗去油剂，MOS 级主要用于分立器件，中、大规模集成电路，BV-级主要用于超大规模集成电路工艺技术。甲醇的用途：甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲
11、烷、甲氨、硫二甲酯等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。甲醇和氨反应可以制造一甲胺。甲醇的来源 ：甲醇可从煤制取，特别是可利用劣质高硫煤和焦炉气回收制取。也可自生物质（如林木、有机垃圾等）提取。甲醇生产是我国化工行业中的成熟产业，生产工艺简单，投资和生产成本都较低。2012 年我国甲醇年产能力有 5074 万吨，年产量约 2640 万吨，产能过剩情况严重。新建一个年产 60 万吨的装置，投资约 20 亿元，其生产工艺路线和装备完全可立足国内，并拥有自主知识产权。 生产方法：工业上合成甲醇几乎全部采用一氧化碳加压催化加氢的方法，工艺过
12、程包括造气、合成净化、甲醇合成和粗甲醇精馏等工序；（粗甲醇的净化过程包括精馏和化学处理。化学处理主要用碱破坏在精馏过程中难以分离的杂质，并调节 pH 值；精馏主要是脱除易南华大学机械工程学院毕业设计第 4 页/共 50 页挥发组分如二甲醚，以及难挥发组分职乙醇、高碳醇和水。粗馏后的纯度一般都可达到 98%以上。 ）将工业甲醇用精馏的方法将含水量降到 0.01%以下。再用次碘酸钠处理，可除去其中的丙酮。经精馏得纯品甲醇；一般均以工业甲醇为原料，经常压蒸馏除去水分，控制塔顶6465，过滤除去不溶物即可；还可从木材干馏时得到的焦木酸分出；甲醇的制备主要采用精馏工艺。以工业甲醇为原料，经精馏、超净过滤
13、、超净分装，得高纯甲醇产品。国 内 生 产 情 况 和 分 析 1.1 国 内 主 要 生 产 厂 家 目 前 ， 现 有 甲 醇 生 产 厂 家148 家 ， 生 产 总 量 为 480 万 吨 ， 产 量 为 280 万 吨 ， 市 场 需 求 390 万 吨 。 ，预 计 2005 甲 醇 需 求 量 约 550 万 吨 。 有 30 多 家 设 备 处 于 停 产 或 半 停 产 状 态 ，其 中 大 多 数 是 因 为 生 产 成 本 高 、 设 备 效 益 能 力 低 等 原 因 ， 部 份 技 术 落 后 、 设备 老 旧 、 产 能 小 的 生 产 设 备 已 经 显 现 出
14、将 被 淘 汰 的 趋 势 较 大 的 有 上 海 焦 化 有限 公 司 以 煤 为 原 料 的 生 产 装 置 ； 中 石 化 四 川 维 尼 纶 厂 以 乙 炔 尾 气 和 天 然 气 为原 料 的 生 产 设 备 ； 以 天 然 气 为 原 料 的 甲 醇 生 产 企 业 还 有 陕 西 榆 林 天 然 气 化 工公 司 、 大 庆 油 田 甲 醇 厂 、 陕 西 长 庆 油 田 、 四 川 江 油 甲 醇 厂 等 ， 生 产 规 模 多 在10 万 公 吨 /年 左 右 ， 其 它 生 产 设 备 大 多 数 采 用 联 醇 技 术 ， 生 产 规 模 多 在15 万 公 吨 /年 。
15、 1995 年 以 来 ， 国 内 甲 醇 工 业 发 展 迅 速 ， 生 产 所 用 原 料 由 联醇 法 的 合 成 气 为 主 ， 向 天 然 气 和 煤 为 主 的 方 向 发 展 ， 其 主 要 发 展 因 素 是 新 天然 气 田 的 开 发 ， 如 新 疆 、 四 川 、 内 蒙 等 。 另 外 由 于 国 内 甲 醇 下 游 产 品 的 开 发生 产 ， 如 甲 醛 、 烯 烃 、 醋 酸 、 甲 酯 系 列 、 民 用 /汽 车 燃 料 等 ， 以 及 西 南 化 工研 究 院 和 南 化 公 司 研 究 甲 醇 催 化 剂 的 开 发 生 产 。 目 前 有 多 家 以 煤
16、 或 天 然 气 为原 料 的 甲 醇 计 画 在 申 报 和 筹 备 之 中 ， 其 中 有 6 个 设 备 规 模 在 10 万 公 吨 /年以 上 ， 最 大 的 为 60 万 公 吨 /年 。 拟 建 装 置 总 产 能 为 213 万 公 吨 /年 。 甲 醇 主 要 下 游 产 品 （ 甲 醛 、 甲 醇 汽 油 、 二 甲 醚 等 ） 市 场 前 景 分 析 甲 醇需 求 量 与 经 济 的 总 体 发 展 有 密 切 相 关 。 2001 年 国 内 甲 醇 的 需 求 量 为 350 万公 吨 ， 主 要 应 用 于 ： 甲 醇 衍 生 物 占 69%、 燃 料 占 7%、
17、溶 剂 占 5%、 医 药 占6.5%、 农 药 医 药 占 8.5%、 其 它 占 4%. 近 年 国 内 甲 醇 进 口 量 及 价 格 国 内 每 年 进 口 大 量 甲 醇 来 满 足 市 场 需 求 ，市 场 价 格 趋 向 国 际 市 场 化 。 近 年 来 ， 国 内 甲 醛 、 醋 酸 的 消 费 市 场 增 加 ， 甲 醇南华大学机械工程学院毕业设计第 5 页/共 50 页需 求 量 相 对 应 增 加 ， 部 份 甲 醇 厂 又 因 为 种 种 原 因 停 产 或 减 产 ， 因 此 不 能 满 足国 内 市 场 的 需 求 。 市 场 分 析 预 测 2005 年 的 甲
18、 醇 需 求 将 会 大 大 增 加 在 目 前 的 条 件 下 要 求一 段 确 定 的 时 间 ， 以 便 从 2004 年 中 期 新 增 生 产 能 力 中 获 利 。 这 段 时 间 还 可能 拖 延 到 2005 年 中 期 。 明 年 估 计 将 有 更 多 的 新 建 产 能 投 入 使 用 。 2004 年甲 醇 的 总 需 求 与 2003 年 一 样 ， 据 预 测 2005 年 的 甲 醇 需 求 将 会 大 大 增 加 ，其 原 因 是 由 于 与 甲 基 叔 丁 基 醚 无 关 的 部 门 活 跃 起 来 。 作 出 改 变 预 测 的 依 据是 计 划 中 有 多
19、 少 新 增 产 能 在 考 察 期 中 实 际 投 入 使 用 ， 这 些 新 增 产 能 对 市 场 的产 品 价 格 有 哪 些 影 响 。 2004 后 5 年 中 投 产 的 甲 醇 产 能 将 超 过 1800 万 吨 ， 这 些 新 增 产 能 主 要 分布 于 南 美 、 近 东 和 澳 大 利 亚 、 这 些 地 区 将 变 成 主 要 的 工 业 甲 醇 生 产 和 供 应 中心 ， 同 时 甲 醇 的 需 求 增 长 为 每 年 500 万 吨 。 除 新 增 甲 醇 产 能 外 ， 现 有 的 大规 模 的 甲 醇 产 能 分 布 在 北 美 和 欧 洲 。 但 是 如
20、 果 新 增 产 能 出 现 以 外 停 产 的 话 ，现 有 的 甲 醇 产 能 远 远 不 能 满 足 市 场 需 求 。 所 以 现 有 的 位 于 中 欧 、 独 联 体 、 印度 、 东 南 亚 和 东 北 亚 地 区 甲 醇 生 产 厂 家 的 负 担 很 重 。第 二 章 填 料 塔 整 体 结 构 设 计 参 数 的 选 择2.2.已知设计参数：操作压力： 常压操作温度： 120入塔物料： 甲醇塔高： 14.96 米塔径： 1 米环境： 衡阳室外2.3
21、.设计方案的确定本设计任务是分离甲醇水混合物。对于二元混合物分离，应采用连续精馏的流程。设计采用泡点进料，把原料通过预热器加热到泡点后送入精馏塔内。甲醇常压下沸点为 64.8，而本任务是采用常压操作，符合题意。采用南华大学机械工程学院毕业设计第 6 页/共 50 页30的循环水进行冷凝。塔顶上升蒸汽用全凝器冷凝，冷凝液到泡点下一部分后回流至塔内，而其余部分经过产品冷却器冷却送至储槽。由于所分离物系的重组分是水，所以直接采用直接蒸汽加热的方式，釜残液进行直接排放。2.4.塔型的选择2.4.1塔型因为入塔物料是甲醇水混合物，腐蚀性比较弱，所以根据操作条件和塔的塔径为 D=1000mm，故选择填料塔
22、。填料塔是塔内填料作气液间接触构件传质设备。填料塔塔身1-吊柱：2-气体出口：3-喷淋装置：4- 人孔：5-壳体：6- 液体再分布器：7-填料：8-卸填料人孔：9- 支承装置：10-气体入口南华大学机械工程学院毕业设计第 7 页/共 50 页11-液体出口：12-裙座：13- 检查孔图2-1 填料塔的整体结构是一个直立式的圆筒，其底部装填料支承板，其中的填料以乱堆或整砌方式放置于支承板上。填料上方安装有填料压板，防被上升气流吹动。液体于塔顶经过液体分布器然后喷淋到填料上面，并沿着填料表面流下来。气体于塔底送进塔，经过气体分布装置分布后，跟液体呈现逆流的连续通过的填料层空隙，并在填料表面上，经气
23、液两相密切接触后进行传质。由于填料塔属连续的接触式的气液传质设备，其两相的组成沿塔高连续的变化，并在正常操作状态下，其中的气相连续相，而液相为分散相。当有液体沿着填料层向下流动的时候，其有逐渐向塔壁集中的现象，使塔壁附近液流量增大，这现象称壁流。由于壁流效应造成的气液两相在填料层中的分布不均，使传质的效率下降。所以，填料层较高时，就需要进行分段，在中间设置再分布装置。而液体的再分布装置其中包括液体的收集器和液体的再分布器的两部分，在上层填料流下液体经过液体收集器的收集后，就送到液体的再分布器，经过重新的分布，喷淋到下层的填料上。填料塔有生产能力大，分离的效率高，压降比较小，持液量较小，和操作弹
24、性比较大的优点。当然填料塔有一些的不足的地方，比如填料造价较高；而且当液体负荷小时不能够有效的润湿填料的表面，使传质的效率降低；不能够直接用有悬浮物或者容易聚合物料；对于侧线的进料和出料等复杂的精馏不太适合等。2.4.2填料的选择因为本塔设计是甲醇填料精馏塔，介质是甲醇，综合考虑腐蚀性，塔体直径和其他性质，选择颗粒型填料的不锈钢矩鞍环填料 38#填料。而由化工设备设计全书-塔设备的表 5-20 不锈钢矩鞍环的特性数据可知，所选的填料尺寸是 3816.50.4，堆积个数为 n=38160 个/m 3，堆积密度181kg/m3，比表面积=123，空隙率=0.977，干填料因子=132。表 2-1南
25、华大学机械工程学院毕业设计第 8 页/共 50 页2.4.3填料层高度的计算及分段2.4.3.1等板高度的计算由研究者通过大量数据回归，在常压蒸馏时的 HETP 关联式如下：LLhHln47.1l29.)(ln其中中 H等板高度，mm；L液体表面张力，N/m；L液体粘度，Pa/s；h常数。在化工原理附录 2 的物理性质 中查，在 120的液体表面张力是548.4N/m，粘度是 237.4Pa/s。查表 5-15 HETP 式中常数值得 h=7.0382.故结合上式 HETP=1022.7mm。 ，因为本设计的塔高=14.96m，减去部分高度得到填料层的高度约为 8000mm。2.4.3.2填料
26、层的分段对于散装填料，根据化工设备设计全书-塔设备表 5-16 散装填料分段高度得到不锈钢矩鞍环填料塔中的 h/D=815，h max6m。故精馏段分成三段，每段=2150mm；提馏段一段=2500mm。第三章 塔的结构设计 3.1液体分布装置为使液体初始分布均匀，所以原则上增加单位面积的喷淋点数。但是，因为结构的限制，故不能将喷淋点数设计的很多，而如果喷淋点数过多，塔中势必每一股液流流量过小，也难以保证均匀分配。另外，不同填料对液体均匀分布也有差别：像高效填料，流体不均匀分布对效率影响非常敏感，所以应有较严格的均布要求。根据化工设备设计全书-塔设备 ，常用填料喷淋点数参考以下指标
27、。D1200mm，每 240cm2塔截面设置一个喷淋点。因为本设计塔径 D=1000mm，故每 240cm2塔截面设立一个喷淋点。塔截面为：南华大学机械工程学院毕业设计第 9 页/共 50 页A=7850cm2故喷淋点数是 32.733 个。为满足塔径、液流量和均布程度要求，设计选取是筛孔盘式分布器。板上的筛孔是按正三角形排列，孔径是 310mm。根据气体的负荷大小，分布器上安装升气管，升气管的直径 D15。液体从分布盘上方的中心管注入盘内，而管口高于围环上缘到 50200mm，本设计选取 150mm。塔内径和分布器定位块外廊间隙约为 812mm。分布盘直径 Dt=（0.850.88）D。因为
28、塔径是1000mm600mm，故分布盘设计为分块结构，本设计为 3 块。根据化工设备设计全书-塔设备表 5-41 筛孔盘式分布器设计参数可知，本设计筛孔盘式分布器参数：分布盘直径为 880mm，围环高度为 200mm，液体负荷的适用范围是 1.0054.0m 2/h。图 3-1 筛孔盘式分布器3.2填料支承装置南华大学机械工程学院毕业设计第 10 页/共 50 页填料的支承装置对于保证填料塔操作性能有重大的作用。对于填料的支承装置基本要求：有足够强度来支承填料重量；并提供足够大自由截面，减小气液两相流动阻力；利于液体再分布；耐腐蚀性能很好；方便于用各种材料的制造；和安装拆卸方便等。根据本设计要
29、求，以及给定塔径和选择填料，故设计用扁钢焊制栅板为填料支承。因为塔径比较大，选分块式栅板，考虑分三段。栅板焊死在塔壁支承圈用于支持。塔径900mm,所以需在支承圈下设加强肋板。分块式栅板3.3液体再分布装置实践表明，喷淋液体沿着填料层向下流动的时候，不能保持的喷淋装置所提供原始均匀的分布状态，液体有着向塔壁流动着的趋势。所以会导致壁流的增加、填料主体流量的减小，影响了流体的沿着塔横截面的分布均匀性，降低了传质效率。为提高传质效果，填料层须分段，在各段填料中间安装了液体再分布装置，南华大学机械工程学院毕业设计第 11 页/共 50 页作用是为收集上一层填料层来的液体，并为下一层填料层建立了均匀的
30、液体分布。根据本设计的要求，设计采用了多孔盘式再分布器。而且分布盘上的孔数按喷淋点数确定，孔径为 310mm。升气管尺寸尽可能的大，底部铺设了金属网，为防填料吹进到升气管中。根据化工设备设计全书塔设备表 5-56 多孔盘式再分布器设计参考数据，塔径 D=1000mm 塔所采用的分布盘外径为980mm，升气管数为 6。图 3-2 多孔盘式分布器3.4填料压板和床层限制板3.4.1填料压板南华大学机械工程学院毕业设计第 12 页/共 50 页在满足压板所需重量条件下，尽量扩大压板自由截面，下限值为 70%。据本设计要求，选了栅条压板。栅条压板跟支承栅板结构一样，为防止填料通过，取栅条间距区在填料直
31、径 0.60.8。3.4.2床层限制板床层限制板和压板结构相同，但重量较轻，一般为 300N/，床层限制板一定要固定在塔壁。当塔径 D1200mm 时，床层限制板的外径比塔的内径小 1015mm。因为本设计塔径 D=1000mm，故床层限制板外径用 990mm。3.5.辅助装置及附件3.5.1除沫器据本设计基本要求和操作情况，跟塔径限制，设计选上装式丝网除沫器。根据化工设备设计全书塔设备表 8-6 上装式丝网除沫器的基本数据可知丝网除沫器主要外形的尺寸：H=100mm，H 1=218mm，D=920mm，质量是38.2kg。图 3-3 丝网除沫器3.5.2裙座3.5.2.1裙座的选
32、材由于裙座与介质不直接接触，也不承受容器内的介质压力，因此可不受压力容器用材所限制，可以选用较经济的非受压元件碳素钢材料，但裙座对整个塔器南华大学机械工程学院毕业设计第 13 页/共 50 页而言是个至关重要的元件，支撑整个塔器，如它破坏将直接影响塔器的正常使用。并且裙座所耗费的材料对整个塔而言不多，提高它的用材要求，在经济上不会耗费太多。裙座要求满足载荷的要求以和塔操作情况、塔釜封头材料因素，以及本塔是室外操作塔，考虑环境温度，选 Q235-B。3.5.2.2裙座的结构为制作方便，可选择圆筒形裙座，因为本塔设计参数得：D=1000mm，H=14.96图 3-4 裙座的结构3.5.2.3裙座与
33、塔体的连接裙座与塔体的连接采用焊接。焊接接头对接形式和塔接形式。因为本设计要求和不同连接方法利跟弊的因素，设计用裙座和塔体对接连接方式。采用对接形式时，一般裙座筒体外径和封头外径一样，裙座筒体于塔釜封头的连接焊缝应采用全焊透的连续焊，且于塔釜封头外壁圆滑过渡，故D2=1000+12=1012mm，裙座筒体和塔釜封头连接焊缝用全焊透连续焊。化工设备设计全书塔设备查表 8-9 得裙座筒体的上端面到塔釜封头南华大学机械工程学院毕业设计第 14 页/共 50 页的切线距离 h=35mm。3.5.3地脚螺栓座设计用外螺栓座型式，外螺栓座结构型式为常用型式，这种结构对地脚螺栓预埋或不预埋均适用，由化工设备
34、设计全书塔设备外螺栓座结构尺寸据表 8-11 外螺栓座结构尺寸来选取。如图图 3-5 裙座与塔体连接部分的结构南华大学机械工程学院毕业设计第 15 页/共 50 页图 3-5 地脚螺栓座3.5.4梯子对有检修要求裙座和塔釜内部需要设置梯子，梯子所有构件一般均采用Q235-AF。当塔体为不锈钢时，与塔体相焊的连接板应采用同种材料或0Cr18Ni9.高温操作的塔，连接板应与塔体完全焊透，焊缝应打磨光洁，以减少热应力的影响。梯子的踏步应能承受 1000N 的短期集中载荷，扶手的任意点应能承受任何方向作用的 900N 的载荷。3.5.5检查孔裙座上须开设检查孔，方便检修。由于检查孔有圆形，
35、长圆形两种，本设计用圆形检查孔。据化工设备设计全书塔设备表 8-15 圆形检查孔的结构尺寸以及数量裙座直径在 10002800mm 之间，故开 2 个圆形的检查孔，直径是 450mm，是 250mm，中心高是 900mm。表 3-1南华大学机械工程学院毕业设计第 16 页/共 50 页图 3-6 检查孔3.5.6排气管为减低复试和塔运行中的有可能的气体的逸出，就会积聚在裙座和塔体封头之间死区中，或是可燃的，或是对于设备有腐蚀的作用，并且会危及于进入裙座的检修人员。故必须在裙座的上部设置排气管或者排气孔。因本设计的裙座不设置保温和防火层，所以其上部需要均匀开设排气孔，尺寸根据化工设备设计全书塔设
36、备表 8-17 的 排气孔与排气管数量和规格 查出。因设计塔径属于 6001200 中间，故排气孔直径是 80mm，排气孔数量是 2 个，排气孔的中心距座顶端的距离为 140mm。表 3-2南华大学机械工程学院毕业设计第 17 页/共 50 页图 3-7 排气管3.5.7引出管通道由于塔釜封头上接管需要用裙座上通道管来引到裙座外部。引出的管上需要焊接支承板，而且支承板和通道管之间应该预留间隙来考虑到热胀冷缩需要。最小的间隙 C 根据化工设备设计全书塔设备表 8-20 间隙 C 得。表 3-3 南华大学机械工程学院
37、毕业设计第 18 页/共 50 页图 3-8 引出管通道3.5.8地脚螺栓考虑到设计的具体情况，先用 16Mn 材料作地脚螺栓材料，由化工设备设计全书塔设备表 8-24 裙座地脚的螺栓数 得到，裙座底部的直径是 1000mm裙座至少需地脚螺栓数 4 个，最多是 8 个，设计用 8 个。3.5.9模板、样板和锚板为准确的预埋地脚螺栓，使塔安装的时候容易对中。推荐用模版和锚板来进行地脚螺栓的定位，模版在基础上面，而锚板在基础中。南华大学机械工程学院毕业设计第 19 页/共 50 页图 3-9 模板和样板3.5.10塔釜隔板精馏塔采用的是热虹式的再沸器，依靠液体的再沸器的内部分的气化后形成密度小于塔
38、釜的热液气-液混合物，并利用天河的一密度差产生了静压差，使得液体自动从塔底流入到再沸器，在加热后变成了气-液混合物，然后又返回到塔釜。为使得这种再沸器能够稳定的工作，必须在塔釜内的液层高度维持恒定的条件下，所以可以在塔釜内设置一个垂直隔板。本设计选用部分循环式塔釜隔板。优点在允许测液面的波动，因它只起缓冲的作用而且又不影响重沸器的工况，塔釜的重沸器的侧液面，利用溢流来自动保持恒定。这种结构使的从重沸器来的液相只有一部分的是循环的。因此分离效率很高，而且釜液组分沸点差较大的时候，进入重沸器的料液的温度，就会小于采出侧的釜液的温度。这种结构缺点是在于重沸器侧是构成封闭循环的，所以当物料中固体生成的
39、时候，在重沸器侧容易沉积固体，进而造成重沸器的堵塞。该结构要求在最底一层的塔盘降液板以及隔板之间要有一定静液封的高度，经常取为 400mm，而且隔板上缘到塔板距离要大于塔板间距 HT。而隔板中的其他尺寸，可以从方便检修角度来选取。南华大学机械工程学院毕业设计第 20 页/共 50 页图 3-10 塔釜隔板3.6.1接管3.6.1.1液体进料管回流和液体进料的时候，要求流体均匀的流过塔盘，回流管或者液体进料管结构形式分为直管形、两端开口 T 形、两端封死 T 形。在设计中采用了直管型。直管形的结构主要是在于开槽长度较长，用工艺计算来确定开槽的长度和管径。南华大学机械工程学院毕业设计第 21 页/
40、共 50 页图 3-11 液体进料管3.6.1.2釜液出口因为本设计中介质是清洁的介质，而且是填料塔，为了防止填料塔的塔底的出料口被碎的填料堵塞，所以设置了防碎填料挡板。其釜液出口结构尺寸根据化工设备设计全书塔设备 ，其常用结构及其尺寸 南华大学机械工程学院毕业设计第 22 页/共 50 页图 3-12 釜液出口3.6.1.3液面计接口为监视和调整釜内的液量，塔釜上需要设置一对液面计的接口。上方的接管口如果直接的接在塔壁上，因为重沸器返回物料和沿塔壁下降的液体的流入液面计影响，就会造成读数不准。所以，为此需要在其上方接管处来设置个挡板，来使得液面的显示准确和稳定。并在
41、挡板半圆管上部来开一个三角形的缺口，用作排气孔。而且这排气孔只能开在其半圆管侧壁，不能开在盖板上，防止液体经过该孔而流入到液面计中。图 3-13 液面计接口3.6.2人孔和手孔人孔是用来安装和检修人员的进出塔器里的唯一的通道。人孔设置位置应南华大学机械工程学院毕业设计第 23 页/共 50 页方便人员来进任何的一层塔板。但是因为设置了人孔处塔板的间距需要增大，而且人孔的设置个数过多则会使的制造塔体的时候，塔体中的弯曲度很难以达到目标要求，故一般的板式塔要求每隔 1020 层的塔板或者 510m 塔段，就设置一个人孔。但是板间距小的塔要按照塔板数来考虑，而板间距大的塔需要按照高度考虑。可是对于直
42、径不小于 800mm 填料塔，人孔可以设置在每段的填料层上，下方的位置，在这同时也可作填料的装卸孔用。而那些设置在框架内和室内的塔，则人孔的设置要按照具体情况来考虑。其中人孔设置位置一般需要在那些气液进出口等要求常维修和清理的部位，需应设置人孔。而且在塔顶和塔釜的位置，也要各设置一个人孔。而且塔釜内的人孔应设置个手柄。并在那些装有填料的塔里，需应设置填料的挡板，来保护人孔能够在不卸载出里面填料的情况下来更换人孔的垫片。人孔的选择需应考虑设计中的压力，试验里的条件，设计中的温度，物料里的特性，和安装中的环境等因素。因为设计是塔径 1000mm 的填料塔，故人孔开在了填料层的上方，且在这同时也兼有
43、填料装卸孔的使用。人孔直径是 500mm。表 3-4南华大学机械工程学院毕业设计第 24 页/共 50 页手柄图 3-14 人孔内的填料挡板手孔是指那些手跟手提灯能够伸入进去的设备开孔，来用于那些不便进去和不必要进入的设备和能清理，检查或者修理的那些场合。手孔也会常常用来做小的直径填料塔的装卸填料用，每段填料层上下方来各设置一个手孔。而且卸填料手孔有时候会附带挡板来防止反应生成物会积聚在手孔内。3.6.3吊柱对较高的那些室外的没有框架的整个的塔，要在塔顶设置一个吊柱，而对于补充以及更换的那些填料，加上安装和拆卸一些内件，而言就是既方便而且又经济的一项好设施了。一般来说塔的高度在 15m 以上或
44、者 15m 左右的塔，都需要设置一个吊柱。而对于那些分节的塔，其中的内件的拆卸经常在塔体进行拆开后拿出，所以没有必要设置个吊柱。而吊柱设置的位置应该使得吊柱的中心线和人孔的中心线之间会有一个合适的夹角，并能使人能够站立在平台上来操纵手柄，以便能让经过吊钩的那条垂直线能够旋转到塔体的人孔附近，来便于从人孔里面装入或者拿出塔里的内件部分。南华大学机械工程学院毕业设计第 25 页/共 50 页图 3-15 手孔吊柱中的起吊的载荷要按照填料或者零部件总共的重量来决定，然后要跟据塔径来决定其中的回转半径，再然后选用，这次设计中的塔高是 14.96m，而根据国家标准 HG/T 21639，吊杆
45、一般的会用 20 号的无缝钢管，可是环境温度不大于-20 度的候时，其中吊杆要选用正火状态里的 10 号的无缝钢管来制作，而支座里的垫板材料一般同塔体。这次设计选择吊柱类型（二） 。而据化工设备设计全书塔设备中的表 8-32 里的吊柱的主要参数表 3-5选：S=800mm，L=3150mm，H=900mm，=16810，R=750mm，e=250mm，l 1=110m南华大学机械工程学院毕业设计第 26 页/共 50 页m 的吊柱。图 3-16 吊柱第四章 塔设备的强度设计和稳定校核4.1筒体和封头尺寸计算4.1.1根据设计压力和液柱静压力确定计算压力塔内液柱高度只考虑塔的底部到液
46、封盘的那个液面高度 h=2.34m液柱中的静压力 = = ，可ghpH61034.2819406 Mpa01605.南华大学机械工程学院毕业设计第 27 页/共 50 页以忽略。计算压力 MpapHC1.04.1.2筒体厚度的计算低压容器的圆筒厚度计算式为： CtipD2查过程设备设计第二版表 D1 钢板许用应力在设计温度为 120时，0Cr18Ni9 的许用应力为 =114 ，tMpa查过程设备设计第二版表 4-3 钢制压力容器的焊接接头系数 值，在制造中采用双面焊对接接头和相当于双面焊的全熔透对接接头，故焊接接头系数 值取 0.85。将 、 值代入上式得 mmt 516.08.1420根据
47、 GB150 中的规定：壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的厚度：a) 对碳素钢、低合金钢制容器，不小于 3mmb) 对高合金钢制容器，不小于 2mm所以本设计取 =3mm圆筒设计厚度 C式中 21为腐蚀裕量，在无特殊腐蚀情况下，对于碳素钢和低合金钢， 不小于2C 2C1mm，故 =2mm。2为钢材负偏差，可取 =1mm，故 =2+1=3mm1 1C21C圆筒设计厚圆整并根据化工设备机械基础课程设计指导书附表 4-1取圆筒名义厚度为 =6mm,则圆筒有效厚度 = - = 。nenm364.1.3封头的壁厚计算本设计采用标准椭圆形封头南华大学机械工程学院毕业设计第 28 页/共 50 页封
48、头厚度计算公式为： mPDctich 516.0.85.01425.02 根据 GB150 中的规定：壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的厚度：a) 对碳素钢、低合金钢制容器，不小于 3mmb) 对高合金钢制容器，不小于 2mm所以本设计取 =3mm封头设计厚度 = + 2=3+ mmhcC5封头名义厚度 与圆筒一样，取为 6mmn封头有效厚度 = - =hem364.2载荷分析4.2.1塔设备质量载荷计算塔设备的操作质量 :)(0kgmeamm05403201塔设备的最大质量 :ax Wmax塔设备的最小质量 :)(ink ea0430201in.4.2.2筒体质量 m1已知塔体总高度为 14.9
49、6m，而封头为厚度为 6mm，内径为 800mm 的标准椭圆形封头，所以， 。所以圆筒总高为 14.96-2（0.25+0.05+0.006)=14.438m查化工设备机械基础课程设计指导书附表 4-1 得一米高筒节理论质量为119kg筒体质量 =2248.8521m4.2.3封头质量查化工设备机械基础课程设计指导书附表 4-3 得公称直径为 1000mm 厚度为6mm 的椭圆封头的质量为 55.5 ，kg南华大学机械工程学院毕业设计第 29 页/共 50 页查化工设备机械基础课程设计指导书附表 4-2 以内径为公称直径的椭圆封头的型式和尺寸 得曲边高度为 250mm封头质量 =255.5 =111 。2mkg4.2.4裙座质量取裙座高度为 3060mm，裙座材料选 Q235-A，一米高裙座理论质量为 199kg裙座质量 =199 3.06 =608.943mkgkg所以塔体总质量=筒体质量+封头质量+裙座质量 即= + + =2248.852+111+608.94=2977.7920123 kg4.2.5塔段内件质量 )(02kg本设计中的塔内件中包括了液体分布器和再分布装置、填料、填料支承装置、除沫器、填料压板以及床层限制板，所以塔段内件的质量应为以上几项的和。所以总质量为 1033
