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1、. . .乙烯装置中脱戊塔装置的设计毕业论文目 录第1章 绪论11.1 石油化工中塔设备的作用及发展11.2 塔设备的分类及结构简介11.3 乙烯装置脱戊塔工艺流程简介21.4 精馏塔设计21.5 精馏设备的选择21.6 控制方案的选择3第2章 设计方案42.1设计任务42.2设计参数和基本容42.3设计原则52.4在设计过程中应注意的问题5第3章 塔的工艺计算63.1 精馏塔的物料衡算63.2 精馏塔工艺条件及物性数据的计算73.3 精馏塔的塔体工艺尺寸计算103.4 塔板主要工艺尺寸的计算11第4章 塔的结构设计194.1塔径及封头的选择194.2确定抽出管口尺寸194.3塔高的确定19第
2、5章 塔的强度计算215.1已知条件215.2材料的选择215.3塔壳强度计算225.4塔器质量计算225.5塔器的基本自振周期计算255.6地震载荷及地震弯矩计算255.7风载荷和风弯矩计算275.8各计算截面最大弯矩285.9圆筒应力校核295.10容器液压实验时的应力校核305.11裙座壳轴向应力校核315.12基础环厚度计算325.13地脚螺栓计算335.14筋板345.15盖板355.16裙座与塔壳连接焊缝验算36第6章 辅助结构设计376.1 人孔376.2吊柱376.3法兰设计376.4裙座结构设计386.5开孔补强设计39结 论41参考文献42.参考资料.第1章 绪论1.1 石
3、油化工中塔设备的作用及发展塔设备是一类塔形的化工设备。具有一定形状（截面大多是圆形）、一定容积、外装置一定附件的容器。它也是化学工程领域的重要组成部分，是目前化工分离工程的首选装置。它涉及精馏、吸收、解吸、萃取、洗涤、增湿以及冷却等化工过程，涉足石油化工、炼油、化肥、精细化工、轻化工、环境保护，甚至冶炼、原子能等工业领域。化工生产过程概括的讲是由能量传递、质量传递、热量传递和反应等过程所组成的。塔设备则是通过其部的结构使气（汽）液两相或液液之间充分接触，进行质量传递和热量传递。塔设备虽然有诸多优点，但并不是万能的。首先，其持液量小反而使设备自控困难；其次，多侧线出、进料不易；另外不易采用中间换
4、热操作。因此，塔设备今后的研究与发展方向应趋于；（1）填料塔与板式塔的复合塔型；（2）用规整填料塔改造板式塔实现节能增产，扩大规整填料的应用领域与围；（3）新型填料塔大型件的研制；（4）对现有板型的开发利用，而新版型的开发研究将趋缓。总的来讲，人们对塔设备的研究旨在“提高处理能力和简化结构”前提下，保持一定的操作弹性和适当的压力降，尽量使成本降低1。1.2 塔设备的分类及结构简介塔设备可以从不同的角度进行分类，例如，按单元操作分类可分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥塔；按塔的件结构分为板式塔、填料塔、鼓泡塔和喷雾塔等。下面对最常用的板式塔和填料塔的原理及结构做简要介绍。板式塔中设
5、有一定数量的塔盘，气体从塔的下部进入塔体，液体从塔的顶部（上部）进入塔体；上升的气体与下降的液体在每层塔盘上进行传质。常用的板式塔盘有：筛板塔盘，浮阀塔盘，泡罩塔盘。填料塔中装有一定高度的填料层，如所需填料层较高时，可将填料层分为几段。液体沿填料表面呈膜状向下流动，气体自下而上穿过填料层与膜状液体接触，进行质量传递。塔填料分为两类：散堆填料和规整填料。散堆填料的材质主要有金属、塑料和陶瓷；规整填料的材质主要有金属薄板或丝网，以及塑料丝网2。1.3 乙烯装置脱戊塔工艺流程简介 来自于裂解汽油的馏分含有一些非常有用的化工原料，它们是异戊二烯（ISP）环戊二烯（CPD）等。从这些原料出发可以合成许多
6、高附加值的产品，一些大公司已经从全球性的角度来考虑馏分综合利用。馏分的化工利用可以分为燃料和化工两大方面。化工利用比燃料利用的经济效益更好，是当今，利用的重点，也是利用的商机所在。以分离提纯后的各组分为原料，可以生产品种繁多的石油化学品，特种化学品，精细化学品和医药化学品。随着新的下游产品不断开拓，烃系列产品市场会越来越精气。这无疑将推动馏分的综合利用上一个新的台阶。目前我国在碳五馏分综合利用方面与美、日相比差距很大，国大型乙烯装置都使用一部分裂解馏分作为裂解炉燃料。蒸汽裂解装置中产生的裂解气经过分离出来的碳五以后的汽油组分作为脱戊塔的进料，利用馏分与以后等重组分沸点不同，在脱戊塔中进行气液分
7、离，使组分从以后的重组分中分离出来3。1.4 精馏塔设计本次设计是着重对回收工艺中的戊烷初精馏塔设计，完成塔器的工艺选型、结构设计和机械设计，并绘制塔的装配图，部件图和零件图.本文根据设计容，也将对回收工艺说明和精馏塔设计两部分进行阐述。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，所用设备主体核心设备是精馏塔，辅助设备包括再沸器、冷凝器、储罐、预热器及冷却器。精馏塔是精馏装置的主体核心设备，气、液两相在塔多级逆向接触进行传质、传热，实现混合物的分离。精馏塔是一圆形筒体，塔装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷
8、凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。常规或简单精馏塔设有一个进料口，进料位置将塔分为精馏段和提馏段两段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。精馏按操作过程可分为问歇精馏和连续精馏；按操作方式可分为：常减压精馏、恒沸精馏、萃取精馏、反应精馏、分子精馏，加盐精馏和精密精馏等4。1.5 精馏设备的选择精馏装置的核心为精馏塔。汽液两相在在塔多级逆向接触进行传质、传热，实现混合物的分离。为保证精馏过程能稳定高效的操作，适宜的塔型及合理的设计是十分关键的。为使精馏塔具有优良的性能以满足生产的需求，通常考虑以
9、下因素： 1、生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。2、效率高：气液两相在塔保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 3、流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 4、有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 5、结构简单，造价低，安装检修方便。 6、能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等5。1.6 控制方案的选择现代工业的一个重要特点是装置的大型化，生产过程中的高度自动化，生产过程自动化是生产装置平稳高效安全可靠运行的基本条件和重要保
10、证。工业自动化技术包括生产过程的各种工况信息的检测转换显示及控制。过程控制与过程工艺条件几个条件之间的在联系密切相关，因此应在工艺设计中提出一套适宜的控制方案。对于检测参数往往涉及物料的流量，温度、压力等。控制方案应根据设计的流程特点选择6。 综上所述，对于本设计的目标和应该注意的问题，本次设计将逐项展开。第2章 设计方案2.1设计任务1、了解乙烯装置中脱戊塔在整套装置中的作用及工艺流程。 2、根据温度、压力、流量等操作参数对脱戊塔进行工艺计算，确定出塔的 主要结构尺寸。 3、对脱戊塔强度和稳定性进行校核，对辅助设施和附件进行设计。4、绘制脱戊塔的总图和零部件图。2.2设计参数和基本容 1、本
11、次乙烯装置脱戊塔设计数据见表2-1所示。表2-1设计数据设计压力MPa 0.8操作压力MPa 0.15设计温度C190操作温度C176操作介质碳五、裂解汽油腐蚀裕量mm3焊缝接头系数0.85基本风压N/ m550抗震设防裂度 6安全阀定压MPa0.62 设计寿命 15年在本次设计中，需要完成结构设计、塔高、塔体壁厚的计算及强度校核和裙座结构设计及强度校核等容。结构设计包括：塔底、塔盘、塔顶空间及人孔等设计，工艺管径计算，保温等结构与尺寸确定。塔体壁厚的计算及强度校核包括：依据设计压力初定壁厚，再水压试验应力验证；确定危险截面；开孔补强计算，进行壳体重量，地震弯矩计算和偏心弯矩计算；水平风弯矩，
12、组合压应力、轴向拉计算进行强度稳定校核。裙座结构及强度校核包括：裙座体、基础环、地脚螺栓、裙座圈、焊缝等设计与校核。2.3设计原则总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点。1、满足工艺和操作的要求:所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。由于工业上原料的浓度、温度经常有变化，因此设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。2、满足经济上的要求:要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，如合理利用塔顶和塔底
13、的废热，既可节省蒸汽和冷却介质的消耗，也能节省电的消耗。回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回流比。冷却水的节省也对操作费用和设备费用有影响，减少冷却水用量，操作费用下降，但所需传热设备面积增加，设备费用增加。因此，设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。3、保证生产安全:生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，塔设备应具有一定刚度和强度7。2.4在设计过程中应注意的问题裂解汽油加氢装置是乙烯装置的下游装置，因乙烯装置的原料来源复杂和裂解条件不同，这都会引起裂解汽油组成和数量的变化，这些变化首先反映
14、在前馏份部分(即和馏份)。若前馏份未达到预期的分离效果，则将影响催化剂的使用寿命和加氢汽油的质量。在脱塔的设计时正是考虑馏份组成波动大，故采用斜孔塔板设计。脱塔也存在同样问题，在设计时要求十分注意聚合和操作弹性。第3章 塔的工艺计算3.1 精馏塔的物料衡算3.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率戊烷的摩尔质量 =72g/mol 裂解汽油的摩尔质量 =90g/mol（1） 原料液中易挥发组分的摩尔分数: 馏出液中易挥发组分的摩尔分数: 釜残液中易挥发组分的摩尔组成： （2） 原料液及塔顶、塔底原料液、气相、液相产品的平均摩尔质量 其中 原料液的平均摩尔质量 塔顶的平均摩尔质量 塔底的平均摩尔质量（3） 处理量 总物料衡算 (3-1)其中 F原料液流量，； D塔顶产品流量，； W塔底产品流量，； 戊烷物料衡算 联立解得 3.1.2 塔板数的确定（1） 操作回流比为3，精馏塔的气、液相负荷：（2） 操作线方程8：精馏段操作方程为 (3-2) 提馏段操作方程为 (3-3)由化工原理的逐板计算得，理论板数为 （包括再沸器） 进
