1、南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 1 页 共 19 页5.塔结构设计及零部件选取 5.1 塔径计算5.1.1 气相密度V = P 顶 M /(RT 顶 )=0.016126.58710610-3/8.3143(99.5252+273.15)=0.6536615 kg/m3P 顶 =120 mmHg = 0.016 MPaT 顶 - KM- 平均分子量5.1.2 CY 型填料的泛点当量气速 WLF = 2.2 m/s在操作条件下 75%液泛时气速:WG = 0.75 WLF (1.2/V)0.5=0.752.2(1.2/0.6537)0.5=2.2356m/s5.1.3.
2、 最佳动能因子F=WG (V)0.5=2.23560.65370.5=1.80755.1.4.塔径计算DT=0.053 (化学工程手册第 13 篇)FPMTV/南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 2 页 共 19 页=0.053 1.8075120/23.5)+(9126.53.6=0.4428mV-塔顶蒸汽摩尔流率，kmol/h; M-塔顶混合蒸汽分子量；T-塔顶温度， K; P-塔顶压力，mmHg。计算得 DT=0.4428m, 选用 8mm 钢板卷制成内径为 500mm 的塔节，圆整后进行处理能力校核。 （查化工工艺设计手册）5.1.5 塔处理能力校核V=(DT/D
3、T)2V=(0.5/0.4428)2 6.3636=8.1139 kmol/h5.2 填料层及塔节分段、塔的总高度 精馏段高度：精馏段理论板数 N1=29 块 29/5=5.8m分 3 个塔节，3 个塔节都为 2500mm，其中 2000mm 为填料层，500mm 为液体再分布器等。此时，精馏段为 7500mm。 提馏段高度：提馏段有 N2=21 块 21/5=4.2m分 3 个塔节，其中每个塔节为 2000mm，其中 1500mm 为填料层，500mm 为液体再分布器等。此时，提馏段为 6000mm。塔的顶部空间（指塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离）：南京工业大学 化工原理课程设计化工 1
4、001 王艳虹 第 3 页 共 19 页塔顶封头为 100mm，为了减少塔顶出气口气体的夹带的液体量，顶部空间取 1500mm。顶部装有液体分布器和除沫器。进料空间为了调节进料管的进料位置，用 3 个进料口，在每个进料口下面加一个 500mm 的填料，在每个填料上方都加喷淋装置使液体分布均匀，进料口高度为 200mm。此时，进料空间为2100mm。塔的底部空间高度由于釜液需停留时间 h（15%h 填料 ）=0.1512=1.8m 取h=2500mm支柱高度塔底由裙座支撑 H/D N=19.6/0.5=39.225 选用圆形座圈2000mm塔高H=7500+6000+1500+2100+2500
5、+2000=21600=21.6m5.3 筒体厚度和封头厚度 筒体：DT=500mm0.1 MPa选用材料为 Q235-B，厚度为 8mm 的钢板卷制筒体。 封头为了和筒体配合，选用 Q235-B，8mm 钢板试算。e=6.2 mm对于标准椭圆形封头，取 R=0.9Di=0.9500=450mmA=0.125e/R=0.1256.2/450=0.00172查图得 B=135 MPaP=Be/R=1356.2/450=1.86 MPa0.1 MPa用 8mm 钢板冲压封头，封头深度为 100mm。 5.4 塔体结构设计南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 5 页 共 19 页
6、1塔体结构 筒体制造：选用 Q235-B，厚度为 8mm 的钢板卷制，分节制造，法兰连接。 法兰选用：P1.6 MPa，T300，选用甲型平焊法兰 JB4701-92。由于物料是低压，无毒，选用平面密封面。2填料层及塔节分段螺柱：M16 20 个垫片：耐油石棉橡胶板外径 D=439mm，内径 d=403mm，厚度 =3mm。封头选用：选用椭圆形封头 Dg5009，JB1154-73公称直径 Dg 曲面高度 M 直边高度 h 内表面积 F 厚度 mm南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 6 页 共 19 页500 125 25 0.223 8 5.5 零部件选取1. 接管口选
7、取塔顶蒸汽管出口n=(6.3636103)/3600=1.7677mol/s体积 V =nRT/P=1.76778.3143(99.5252+273.15)/0.016106=0.3423m3/s取 u=20 m/sD= = =0.1477m=147.7mm)/(4uV)2014.3/(.04a 选用普通无缝钢管 2 (YB231-70) DN=150mm D 外 =159mm =4.5mm L=200mm m=3.4053Kgb. 选用板式平焊法兰 3 HGJ45-91 如前图D=265mm K=225mm L=18mm n=8六角头螺栓、螺柱 Th=M16 螺栓 l=70 螺柱 l=90密
8、封面 d=202mm f1=3mm B=161mm法兰及法兰盖厚度 20mmc. 选用橡胶石棉垫片 4外径 202mm 内径 159mm 厚度 2mm 进料管：以第 30 块板为进料板南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 7 页 共 19 页已知进料温度：t F=106.9519查前表得：OCT 100 =1.007 g/cm3 OCT 110 =0.9977 g/cm3OCT=(0.9977-1.007)/(110-100)(106.9519-100)+1.007=1.0005 g/cm3PCT100 = 0.9963 g/cm3 PCT110 = 0.9870 g/cm
9、3PCT =(0.9870-0.9963)/10(106.9519-100)+0.9963= 0.9898 g/cm3m =OCTxf+PCT(1-xf)=1.00050.4+0.98980.6=0.99408 g/cm3=994.08 kg/m3F = (FM)/m=(0.9875126.587)/(994.083600)=3.49310-5 m3/s取 u=1m/s DF = )/(4u= )14.3/(109.35=6.67110-3 m = 6.671 mma 选用普通无缝钢管 2 （YB231-70）DN=10 mm D 外 =14 mm =3 mm L=600 mm m=0.352
10、7 Kgb 选用板式平焊法兰 3 HGJ45-91 南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 8 页 共 19 页法兰外径 D=75 mm 螺栓孔中心圆直径 K=50 mm螺栓孔直径 L=11 mm 螺栓孔数 n=4六角头螺栓、螺柱、螺纹 Th=M10 螺栓长度 l=45 mm 螺柱长度 l=45 mm密封面突面 d=35 mm 突出高度 f1=2 mm 法兰内径 B=15 mm法兰及法兰盖高度为 12 mmc 选用石棉胶板垫片 4 （HGJ69-91）外径 35 mm 内径 14 mm 厚度 1.5 mm回流液体管 Tl=99.5252OCT,100 =1.007 g/cm3
11、 OCT,90 =1.017 g/cm3OCT =(1.007-1.017)/10(99.5252-90)+1.017=1.0075 g/cm3南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 9 页 共 19 页PCT,100 =0.9963 g/cm3 PCT,90 =1.006 g/cm3PCT =(0.9963-1.006)/10(99.5252-90)+1.006=0.99676g/cm3m=OCT xD+PCT (1-xD)=1.00750.8+0.996760.2=1.00535g/cm3L = ML/m1033600=(126.5876.0345)/( 1.005351
12、033600)=2.110610-4 m3/sD = uL/4= = 1.639710-2 m=16.397mm1/4.3016.2a 选用普通无缝钢管 2 (YB231-70)DN=20 mm D 外 =25 mm =3 mm L=500 mm m=0.815 Kgb 选用板式平焊法兰 HG20592 法兰外径 D=90 mm 螺栓孔中心圆直径 K=65 mm 螺栓孔直径L=11 mm 螺栓孔数量 n=4螺纹 Th=M10 法兰厚度 C 14mm 法兰内径 B=26 mm 法兰理论重量 0.60 kgc 选用橡胶石棉垫片 HG20592D 外 =90 mm D 内 =27 mm =1.5 m
13、m塔底出料管 TB=111.1698OCT110 = 0.9977 g/cm3 OCT120 = 0.9881 g/cm3OCT = (0.9881-0.9977)/10(111.1698-110)+0.9977南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 10 页 共 19 页= 0.9966 g/cm3PCT110 = 0.9870 g/cm3 PCT120 = 0.9777 g/cm3 PCT = (0.9777-0.9870)/10(111.1698-110)+0.9870= 0.9859g/cm3m = OCTxw+PCT(1-xw)=0.99660.2+0.98590.
14、8=0.9880g/cm3W = Mw/3600m103= (126.5870.658333)/(36000.9880103)= 2.34310-5m3/sD= =u/41/4.304.25=5.46310-3 m = 5.463mma 选用普通无缝钢管 2(YB231-70)DN=10 mm D 外 =14 mm =3 mm L=400 m= 0.2351Kgb 选用板式平焊法兰 3 HGJ45-91D=75 mm K=50 mm L=11 mm n= 4 六角头螺栓、螺柱、螺纹 Th=M10 螺栓 l=45 mm 螺柱 l=45 mm 密封面 d=35 mm f1=2 mm B=15 mm
15、 法兰及法兰盖厚度为12 mmc 选用橡胶石棉垫片 4(HGJ69-91) D 外 = 35 mm D 内 = 14 mm = 1.5 mm南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 11 页 共 19 页 塔釜蒸汽进口管P 底 = 170.00148mmHg =2.2659104PaN= V/3600 = 6.3866103/3600 = 1.7741V = nRT/P=1.77418.3143(111.1698+273.15)/2.2659104=0.2502m3/su= 20 m/sD= uV/4= )= 0.1262 m= 126.2 mm20/14.35.0a .选用普
16、通无缝钢管 2(YB231-70)DN=150 mm D 外 =159 mm =4 .5mm L=200 mm m=3.43 Kgb .选用板式平焊法兰 HG20592 法兰外径 D=265 mm 螺栓孔中心圆直径 K=225 mm 螺栓孔直径 L=18 mm 螺栓孔数量 n=8螺纹 Th=M16 法兰厚度 C20mm 法兰内径 B=161 mm 法兰理论重量 5.14kgc .选用橡胶石棉垫片 HG20592 D 外 =265 mm D 内 =169 mm =1.5 mm南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 12 页 共 19 页2. 其它 液体分布装置（回流，进料） 回
17、流液体分布器本设计选用莲蓬头喷洒器，莲蓬头一般用于直径在 600mm 以下的小型填料塔，其安装位置与填料层上表面的距离，通常为（0.51）D N。本设计莲蓬头安装在与填料层上表面的距离为300mm 处。 莲蓬头直径 d=0.25DN=125mm喷洒半角 =40小孔直径 =6mm弯曲直径 R=2.5DH =2.517.717=44.29mm(DH 为回流管外径) 进料液体分布器 3本设计采用直管多孔式喷洒器。南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 13 页 共 19 页孔径 =5mm，共 3 排。小孔面积之和约与管截面积相等，小孔数 n=d2/de2=102/52=4 个 液体
18、再分布装置 3当液体沿填料层由上向下流动时，常拌有液体在填料层内南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 14 页 共 19 页由中心向四周的横向流动发生，结果使得靠近塔壁的区域液体流量增大，而在塔的中心区域液体流量减少，为使流向塔壁的液体能重新流回塔中心部位，一般在流体流过一定高度的填料层装置一个液体再分布器。本设计选用分配锥，分配锥结构简单，它是小型填料塔（如直径小于 1m）上常用的一种液体再分布器。其典型结构如下图：D1=0.7 DN=0.7 500=350 mmH=0.2DN=0.2500=100mm锥厚 =4 mm 栅板及支承圈 3DN=500500 mm 采用整块式
19、栅板塔径填料环直径栅板 支承装置 允许装填填料高度南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 15 页 共 19 页DN R hs t 支承圈宽厚 筋板数目50025240 306 25 406 0 10DN 丝网除沫器 4丝网除沫器用于分离塔体中气体夹带的液滴，用以保证传质效率，还可减少板间距。t=99.5252 XD=80%南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 16 页 共 19 页L=1.00535g/cm3 V=0.6536615 kg/m3 k=0.116V = VLK/)(= 0.116 65370.)/.-1 .053 = 4.5476 m/sQ
20、 = MV/(v3600)= 126.5874.6576/(0.65373600)= 0.2505 m3/sD = VQ/4= 4.576)10.25(3=0.2649m采用不锈钢丝网 1Cr18Ni9Ti HG5-1406-81-50 H=150mm规格为 140-400 型 金属丝 0.10.4 mm6.辅助设备选用6.1. 进料预热器6.2. 全凝器冷却水用量 W 水 = 8495.69 kg/h考虑到 10%的热损失，取冷却水用量W 水 =W(1+10%) = 8495.69 1.1 =9345.259 kg/hK= 200 kcal/(m2h)= 836.82 kJ/(m 2h)南京
21、工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 17 页 共 19 页tm=(99.5252-30)-(99.5252-40)/ln(99.5252-30)/ (99.5252-40) =64.3958 Ac= Qc/Kt m= 35.461104/(836.82 64.3958) = 6.581m2选用重力回流卧室冷凝器，其运转费用相对较少，结构紧凑，配管容易，适用小量生产。6.3. 再沸器 4蒸汽用量 W 汽 =122.62 kg/h考虑到 10%的热损失，取蒸汽用量：W 汽 = 122.621.1= 134.882 kg/hK=1400 kcal/(m2h)=5857.74 kJ/
22、(m 2h)0.3MPa 下，饱和蒸汽温度 t= 133.3t= t-t W= 133.3 - 111.1698 = 22.1302 AB= QB/kt= 26.584110 4/(5857.74 22.1302)=2.0507 m2选用卧室热虹吸式，传热系数中等，加热停留时间短，维护和清理方便，适应于真空操作。讨 论南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 18 页 共 19 页8.主要设计结果汇总主要设计结果：A 理论板数：51 块精馏段：29 块提馏段：21 块南京工业大学 化工原理课程设计化工 1001 王艳虹 第 19 页 共 19 页B 填料高度精馏段：6m提馏段：4.5mC 塔径：=500mm，=9mmD 塔顶温度：99.5252E 塔底温度：111.1698F 进料温度：106.9519G 塔高：21.6m9.参考文献1.化工工艺设计手册(上、下两册)，第四版.国家医药管理局上海医药设计院编. 化学工业出版社.2.石油化工基础数据手册.卢焕章编.化学工业出版社. 3.化工设备结构手册.化工设备结构图册编写组. 上海科技出版社.4.化工设备设计基础.周志安等编.化学工业出版社.5.化工设备设计手册第二卷金属设备.上海人民出版社.6.化学工程手册第 13 篇汽液传质设备.化学工业出版社.7.材料与零部件(上、下册).上海人民出版社.
