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1、山东大学机械工程学院本科课程设计说明书设计题目乙醇-水浮阀精馏塔设计姓 名 陈鑫 学 院 机械工程学院 专 业 过程装备与控制工程 年 级 2009级过控班 指导教师 唐委校 宋清华 2013年1月16日山东大学课程设计（论文）成绩评定表学院：机械工程学院 专业：过程装备与控制工程 年级：2009级姓 名陈鑫设计（论文）成绩设计（论文）题目乙醇-水浮阀精馏塔设计指 导 教 师 评 语评定成绩： 签名： 年 月 日评 阅 人 评 语评定成绩： 签名： 年 月 日答 辩 小 组 评 语答辩成绩： 组长签名： 年 月 日目录山东大学课程设计（论文）成绩评定表1摘要- 1 -ABSTRACT- 2 -
2、第1章 绪论- 3 -1.1 设计背景- 3 -1.2 设计任务- 3 -1.2.1 设计任务书- 3 -1.2.2 设计任务分析- 4 -1. 3 设计内容- 4 -第2章 塔总体结构设计- 5 -2.1 总体结构- 5 -2.2 主体尺寸- 5 -2.2.1 塔高- 5 -2.2.2 设计参数及材料指标- 6 -2.2.3 筒体和封头壁厚- 6 -第3章 塔盘结构设计与校核- 7 -3.1 塔盘整体形式与结构- 7 -3.2 塔盘材料- 7 -3.3 塔盘零部件设计- 7 -3.3.1 浮阀- 7 -3.3.2 塔盘组装结构- 8 -3.3.3 塔盘板- 8 -3.3.4 升气孔排列- 1
3、0 -3.3.5 降液板- 11 -3.3.6 受液盘- 12 -3.3.7 入口堰- 12 -3.3.8 出口堰- 12 -3.3.9 液封盘- 13 -3.4 塔盘强度校核- 13 -3.4.1 塔盘载荷计算- 13 -3.4.2 通道板强度校核- 14 -3.4.3 塔盘板强度校核- 14 -第4章 塔体载荷分析与校核- 16 -4.1 塔体载荷分析- 16 -4.1.1 质量载荷- 16 -4.1.2 风载荷和风弯矩- 18 -4.1.3 地震载荷- 21 -4.1.4 偏心载荷- 24 -4.1.5 计算截面处载荷- 24 -4.1.6 最大弯矩- 24 -4.2 筒体强度及稳定性校
4、核- 25 -4.2.1 操作工况- 25 -4.2.2 液压试验- 26 -4.3 裙座壳体轴向应力校核- 27 -4.3.1 裙座底部截面的校核- 27 -4.3.2 通道口中心截面的校核- 28 -第5章 零部件设计- 29 -5.1 保温层与保温圈- 29 -5.1.1 保温层- 29 -5.1.2 保温圈- 29 -5.2 裙座- 29 -5.2.1 裙座形式及材料- 29 -5.2.2 裙座与封头连接结构- 29 -5.2.3 地脚螺栓座- 30 -5.2.4 排气管- 30 -5.2.5 塔底接管引出孔- 31 -5.2.6 裙座检查孔- 31 -5.3 塔顶吊柱- 31 -5.
5、4 除沫器- 31 -第6章 裙座地脚螺栓座校核计算- 32 -6.1 基础环强度计算- 32 -6.1.1 基础环尺寸- 32 -6.1.2 基础环所受载荷- 32 -6.2 地脚螺栓强度计算- 32 -6.3 筋板强度计算- 33 -6.3.1 筋板压应力- 33 -6.3.2 筋板许用应力- 33 -6.4 盖板强度计算- 33 -6.5 裙座与筒体对接焊缝的校核- 34 -第7章 开孔及开孔补强设计- 35 -7.1 开孔结构设计- 35 -7.1.1 接管选择- 35 -7.1.2 法兰选择- 35 -7.1.3 法兰连接尺寸- 36 -7.1.4 法兰结构尺寸- 36 -7.1.5
6、 法兰密封面形式选择- 36 -7.2 开孔补强设计- 37 -7.2.1 补强分析- 37 -7.2.2 气体出口补强设计- 37 -7.2.3 人孔补强设计- 38 -7.2.4 气体入口补强设计- 39 -7.2.5 液体出口管补强设计- 39 -致谢- 42 -参考文献- 43 -摘要塔设备是化工及石油化工生产中最重要的单元设备之一。塔设备通过其内部的结构可以使气液两相或液液两相之间充分接触，完成质量或热量传递。浮阀塔是指塔盘上开有一定形状的阀孔，孔中安装可在适当范围内上下浮动的阀片的一种板式塔。浮阀塔具有蒸汽负荷量大、操作弹性大、效率高等优点，在设计和选用塔型时常是被首选的板式塔。本
7、设计以乙醇-水为介质，主要依据GB150-2010固定式压力容器、JB24710-2005钢制塔式容器、化工设备设计手册对浮阀精馏塔进行了较全面结构设计。关键词： 精馏；浮阀塔；结构设计ABSTRACTTower is one of the most important unit in the chemical and petrochemical production equipment. Tower equipment through its internal structure can make the gas-liquid two-phase or liquid-liquid full
8、contact between the two phases, the completion of the mass or heat transfer. The float valve tower means to open the valve hole of a certain shape on the tray, a plate tower mounted floating up and down within the appropriate range of the valve sheet hole. Float valve tower has a large amount of ste
9、am load, operating flexibility, and high efficiency in the design and selection of tower type is often preferred plate tower. The design to ethanol - water as a medium, mainly based on the GB150-2010 Fixed pressure vessel JB24710-steel the tower container, Chemical Equipment Design Manual more compr
10、ehensive structural design of floating valve distillation column .Keywords: distillation; Floating valve tower; Mechanical design第1章 绪论1.1 设计背景塔设备是化工生产中不可或缺的一种过程设备，广泛应用于工业生产的各个领域。浮阀塔是在筛板塔基础上，在每个筛孔处安装一个可上下移动的阀片。当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，空速低时，阀片因自身重而下降。阀片升降位置随气流量大小自动调节，从而使进入液层的气速基本稳定。又因气体在阀片下侧水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，
11、又延长气液接触时间，故起到很好的传质效果。塔盘是浮阀塔完成工艺的主要功能结构，塔的工艺性能主要取决于塔盘的结构形式和尺寸。 目前，我国大部分石油化工企业使用的浮阀塔版为F1型塔板，该类型塔板优点是效率较高，但塔板的寿命较低。改进浮阀形式可以提高塔设备的整体性能，但此内容超出本设计范围，故不再讨论。1.2 设计任务1.2.1 设计任务书表1-1 设计任务书内径1600mm精馏段提馏段介质乙醇-水平均压力（Mpa）0.810.82液相比重850kg/m3平均温度（）8293浮阀数128-160个塔板数157保温材料岩棉塔板间距（mm）450保温厚度100mm塔顶压力（Mpa）0.8保温层密度200
12、 kg/m3塔底压力（Mpa）0.82材质壳体、封头Q345R塔底液柱高度（m）2板Q345R塔底工作压力（Mpa）0.84裙座Q235-AF设计压力（Mpa）0.9允许腐蚀裕度2mm设计温度（）150封头标准椭圆封头压力容器等级I弓形高150mm裙座高（mm）2000塔外附件重3500kg地震烈度8当地风压350Pa场地类型B设备估重参数平台宽900mm（半圆形），平台重150 kg/m2，平台构件投影面积A=0.5 m2。笼式扶梯40 kg/m2，开式扶梯20 kg/m2。1.2.2 设计任务分析塔设备设计应包括工艺设计和结构设计两部分。工艺设计主要是根据工艺要求确定塔设备的各工艺参数，使
13、塔设备可以满足工艺要求。结构设计是基于工艺设计的结果，对塔设备的整体和各部分结构作全面设计，使塔可以正常运行并达到工艺要求。本设计假设工艺设计完成，仅进行机械结构设计。1. 3 设计内容本设计将主要依据以GB150-2010固定式压力容器、JB24710-2005钢制塔式容器、化工设备设计手册为主要依据对乙醇-水浮阀精馏塔进行了较全面结构设计。设计内容包括塔的总体结构设计、塔盘结构设计及强校核、塔体载荷分析、塔体校核计算、塔设备零部件（包括保温层、裙座、塔顶吊柱及除沫器等）设计、地脚螺栓座校核计算、塔体开孔及开孔补强设计等。下面各章节将针对以上内容一一展开。第2章 塔总体结构设计2.1 总体结构总体结构如总装图所示，包括封头、筒体、裙座、塔盘、塔附件、塔内件、开孔与接管等。2.2 主体尺寸2.2.1 塔高2.2.1.1 塔顶空间高度塔顶空间高度是指塔顶部第一块塔板至塔顶封头切线之间的垂直距离。取塔顶空间高度。2.2.1.2 封头高度，直边段高度。2.2.1.3 塔板间距塔板间距，人孔板间距，进料板间距。2.2.1.4 塔底空间高度塔底空间高度是指塔底第一块塔板至塔底切线的距离。取塔底第一块塔板至塔釜液面高度为1400mm
