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1、设计说明书设计说明书 题题 目 目 2 6 万吨万吨 年乙烯精馏塔设计年乙烯精馏塔设计 院院 系 系 机械工程学院机械工程学院 专专 业 业 过程装备与控制工程专业过程装备与控制工程专业 内容摘要 塔设备是化工 石油等工业中广泛使用的重要生产设备 塔设备的基 本功能在于提供气 液两相以充分接触的机会 使质 热两种传递过程能 够迅速有效地进行 还要能使接触之后的气 液两相及时分开 互不夹带 塔设备主要应用在石油化工行业 其种类很多 比如有常压塔 加压塔及 减压塔 还有按单元操作分有精馏塔 吸收塔 萃取塔 反应塔 填料塔 干燥塔等 本次设计的是 2 6 万吨乙烯精馏塔 在本次设计中主要包括三大方
2、面的内容 一是工艺计算 二是强度及稳定性的计算 三是专题部分 第一部分主要进行了物料衡算 塔内物件尺寸的确定 各种管径的 确定 附属设备的选择等等 第二部分在强度及稳定性计算中 计算出塔器的各部分质量 对塔 的三个危险截面进行校核 主要是质量载荷 风载荷和地震载荷的计算 还要进行补强的计算 最后是专题部分 即吊柱的选用与校核 关关键词键词 板式塔 精馏设备 填料塔 Abstract Tower equipment is the important production equipment that chemical industry petroleum etc used extensively
3、 in industry The basic function of the tower equipment lies in offering the angry chance in order to be fully contacted of two phase of liquid make the quality two kinds of hot transmittance process can go on promptly and efficiently Can is it exposed to gas liquid two phase after separate in time c
4、arry each other secretly to make also The tower equipment is applied to the trade of petrochemical industry mainly there is a lot of its kind for example there are atmospheric pressure towers pressurize in the tower and reduce pressure in the tower operate and divide rectifying tower according to th
5、e unit absorb the tower lie between and suck the tower extract the tower the reaction tower dry tower etc The one that designed is 2 this time The rectifying tower of 60 000 tons of ethylene design main content including three major respects in China this time First the craft is calculated second th
6、e calculation of the intensity and stability third thematic part First part Be regarded as the weighing apparatus of the supplies mainly the sureness of the size of the things in the tower the sureness of different pipe diameters choice of the accessory equipment etc Second part In the intensity and
7、 stability are calculated calculate out every part of quality of the tower device check three dangerous sections of the tower mainly quality load the calculation with loaded wind load and earthquake Mend strong calculation It is a thematic part finally namely hang the exertion and check of the post
8、Keywords Tray Tower Distilling Equipment Packed tower 目录目录 塔设备概述塔设备概述 1 1 第一部分 工艺计算第一部分 工艺计算 3 3 第一节 物料衡算 3 1 塔顶产品量 3 2 塔釜 塔顶流量及组成 3 第二节 确定塔温 4 1 塔釜温度的确定 4 2 塔顶温度的确定 5 3 进料温度 5 第三节 塔板数的计算 6 1 确定最小回流比 6 2 确定最小理论板数 7 4 实际塔板数 7 5 确定进料板位置 8 第四节 塔径计算 8 1 精馏段塔径 8 2 提馏段塔径 12 第五节 塔内物件的工艺尺寸 12 第六节 流体力学验算 14
9、1 气体流过塔板的压降 14 2 液泛校核 15 3 沫夹夹带情况 15 第七节 安全操作范围和操作线 16 1 精馏段 16 2 提馏段 17 第八节 附属设备的选择 18 1 全凝器的选择 18 2 再沸器的选择 19 3 回流泵的选择 19 第九节 管径设计 19 第二部分第二部分 强度及稳定性计算强度及稳定性计算 2121 第一节 圆筒和封头的厚度和强度计算 21 第二节 载荷的计算 21 1 质量载荷的计算 21 2 塔的自振周期 23 3 地震载荷及地震弯矩的计算 23 4 风载荷和风弯矩计算 25 5 最大弯矩 26 第三节 应力校核 27 1 圆筒应力校核 27 2 裙座壳轴向
10、应力校核 28 第四节 基础环结构设计及校核 29 1 基础环 29 2 地脚螺栓计算 30 3 肋板计算 31 4 盖板计算 31 第五节 补强计算 32 1 塔顶蒸汽出孔 32 2 人孔的补强计算 33 3 进料管接管补强 34 第三部分第三部分 吊柱的强度计算吊柱的强度计算 3535 1 设计载荷 35 2 曲杆部分的校核 35 2 柱的校核 37 参考文献参考文献 3737 附录附录 英文翻译英文翻译 3939 致致 谢谢 4444 塔设备概述塔设备概述 塔设备是化工 石油等工业中广泛使用的重要生产设备 塔设备的基本功能 在于提供气 液两相以充分接触的机会 使质 热两种传递过程能够迅速
11、有效地进 行 还要能使接触之后的气 液两相及时分开 互不夹带 因此 蒸馏和吸收操作 可在同样的设备中进行 根据塔内气液接触部件的结构型式 塔设备可分为板式塔与填料塔两大类 板式塔内沿塔高装有若干层塔板 或称塔盘 液体靠重力作用由顶部逐板流向 塔底 并在各块板面上形成流动的液层 气体则靠压强差推动 由塔底向上依次穿 过各塔板上的液层而流向塔顶 气 液两相在塔内进行逐级接触 两相的组成沿塔 高呈阶梯式变化 填料塔内装有各种形式的固体填充物 即填料 液相由塔顶喷淋装置分布于填 料层上 靠重力作用沿填料表面流下 气相则在压强差推动下穿过填料的间隙 由 塔的一端流向另一端 气 液在填料的润湿表面上进行接
12、触 其组成沿塔高连续地 变化 目前在工业生产中 当处理量大时多采用板式塔 而当处理量较小时多采用填 料塔 蒸馏操作的规 模往往较大 所需塔径常达一米以上 故采用板式塔较多 吸收操作的规模一般较 小 故采用填料塔较多 板式塔结构简图 1 气体出口 2 液体入口 3 塔壳 4 塔板 5 降液管 6 出口溢流偃 7 气体入口 8 液体出口 浮阀塔板的结构原理 浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔 每个阀孔装有一个可上下浮 动的阀片 阀片本身连有几个阀腿 插入阀孔后将阀腿底脚拨转 90 以限制阀片 升起的最大高度 并防止阀片被气体吹走 阀片周边冲出几个略向下弯的定距片 当气速很低时 由于定距片的
13、作用 阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上 在一定 程度上可防止阀片与板面的粘结 操作时 由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿 水平方向进入液层 增加了气液接触时间 浮阀开度随气体负荷而变 在低气量时 开度较小 气体仍能以足够的气速通过缝隙 避免过多的漏液 在高气量时 阀片 自动浮起 开度增大 使气速不致过大 浮阀塔板的优点是结构简单 造价低 生 产能力大 操作弹性大 塔板效率较高 其缺点是处理易结焦 高粘度的物料时 阀片易与塔板粘结 在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象 使塔板效率 和操作弹性下降 塔设备主要有三个参数作为其性能好坏的评价指标 即通量 分离效率和操作 弹性 通量是指单位塔截面
14、的生产能力 其表征塔设备的处理能力和允许的空塔气 速 分离效率是指单位压力降的分离效果 板式塔以板效率表示 填料塔以等板高 度表示 操作弹性即塔的适应能力 表现为对处理物料的适应性和对气液负荷波动 的适应性 塔的通量大 分离效率高 操作弹性大 塔的性能就好 第一部分 工艺计算第一部分 工艺计算 第一节第一节 物料衡算物料衡算 1 塔顶产品量塔顶产品量 按 7200 小时 年考虑 摩尔流量 C2H4 7200 05 28 1010 6 2 34 128 74kmol h 2 塔釜塔釜 塔顶流量及组成塔顶流量及组成 表 1 进料各组分组成及性质 组 分 C2H4C2H6C3H6CH4 沸 点 10
15、3 7 88 6 oC 47 7 161 5 分子量 28 0530 0742 0816 04 组成 0 889890 098430 005100 0065 8 选择乙烯为轻关键组分 乙烷为重关键组分 比乙烯沸点低的甲烷是轻组分 比乙 烷 沸点高的丙烯是重组分 两关键组分挥发度相差较大 且两者是相邻组分 为清晰 分割情况 比重关键组分还重的丙烯在塔顶不出现 比请关键组分还轻的甲烷在塔 顶不出现 这样塔顶馏出液由甲烷乙烯和少量乙烷组成 塔釜由丙烯乙烷和少量乙烯组成 规定 塔顶乙烷含量 1 说明此泡点温度过高 假定温度为 10OC yi xiki 1 34 0 00303 0 93 0 9474
16、0 28 0 04954 0 899 1 假定温度为 2OC yi xiki 1 54 0 00303 1 24 0 9474 0 33 0 4954 1 00003 所以 塔釜温度为 2OC 2 塔顶温度的确定 塔顶温度的确定 采用全凝器 采用 P T K 图查出 ki 值计算 yi K i Xi 塔顶温度 1 i n i i k y 1 假设露点温度为 20 xi 1 i n i i k y 09 1 992 0 65 0 00999 0 1 5 0073 0 0 9131 试差法 25 9851 0 0364 1 10364 1 1 24 05 所以 塔顶温度为 24OC 3 进料温度 进料温度 查 P T K 图 计算 yi K i Xi 1 假设泡点进料且温度为 20 yi xiki 1 34 0 88989 0 927 0 09843 0 267 0 0051 5 55 0 00658 1 说明此进料温度过高 假设进料温度为 23 yi xiki 1 01 0 08989 0 682 0 09843 0 179 0 0051 5 05 0 00658 1 0 0006 所以
