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1、目录设计任务书1第一部分 精馏计算 2一、下塔精馏计算2到第六块塔板的时候氧浓度已经超过36 了，故第I段取7块5二、液空、污液氮、纯液氮节流气化率的确定 5三、液空节流后气液相组分的计算6四、膨胀空气过热引起气化量的计算7五、上塔的精馏计算7六、实际塔板数的确定12第二部分 塔板流动工况及结构计算（下塔）13一、塔径的计算13二、溢流斗结构设计计算15三、塔板阻力计算16四、溢流斗尺寸及塔板间距计算17第三部分 容器及强度计算19一、塔体壁厚计算19二、封头的设计计算20三、塔体开孔及开孔补强21四、支座设计24五、支撑梁工字钢的选取27设计任务书已知条件：上塔压力P = 0.136 MPa
2、上下塔压力P = 0.58 MPa下氧产量Vo = 1000CNm3 / h2氧浓度y 二 99.6%o2氮产量V = 1000(Nm3 / hN2氮浓度y 二 99.99%N2加工空气量V 二 55000V/h液空氧浓度X1 = 36%OKLK 2过冷度At =5OC冷过热度At 二 20C 热膨胀空气量V 二 0.14PK标准空气体积百分含量 20.95%O ，0.93% Ar ，78.12% N22设计任务：1、三相液体精馏计算确定上下塔板数；2、塔板动力工况及结构计算确定塔径、塔板间距、溢流斗个数等3、容器及强度计算包括选材、壁厚、封头的选择计算；4、绘制下塔装配图包括焊接形式及主要装
3、配结构；5、书写设计说明书。备注：1、本设计中凡涉及标注1，2，3 的均分别表示氧、氩、氮组分；2、本设计为双高精馏塔，理论塔板数计算为三元逐板计算法；3、假设纯产品为二元混合物，即纯O或N中杂质为Ar；224、本设计中数据多采集自深冷手册和压力容器设计国家标准以及部分经验公式。第一部分 精馏计算课程设计主要对精馏塔的塔板数、下塔装配结构作设计，下塔精馏采 用中间抽污氮进入上塔参加精馏，另外一部分压缩空气进膨胀机节流 提供冷量进入上塔。其简单流程示意图见下图：图一 精馏塔流程示意图一、下塔精馏计算1、污氮量及其含氮浓度计算根据全塔物料守恒和组分平衡得到如下方程组V = V + V + VK O
4、 CN WN21-1 V y 3 = V y 3 + V y 3 + V y 3K K O O CN CN WN WN2 2V y 2 = V y 2 + V y 2 + V y 2K K O O CN CN WN WN22将已知条件代入方程组 1-1，得：55000 = 10000 +10000 + VWN 55000 x 78.12% = 10000 x 0% +10000 x 99.99% + V y3WN WN55000 x 0.93% = 10000 x 0.4% +10000 x 0.01% + V y2WN WN解得：V = 35000 Nm 3 /hWNy 3= 94.2% W
5、Ny 2 = 1.34% WNy 1= 4.46%WN全塔物料守恒得到：V = 35000Nm3 /hWNy3 = 94.19% WNy2 =1.34%WNy1 = 4.46%WN2、下塔物料平衡计算由下塔物料守恒得到如下方程组V=L+L+LKKCNWNVy 3 =L x 3+ L x 3+Lx31-2KKKKCN CNWNWNVy 2 =L x 2+ L x 2+Lx2KKKKCN CNWNWN其中：V = V x( 1-0.14 ) =55000 x0.86=47300 Nm3/hK K总假设：(1) L = V = 10000Nm3 / h且纯液氮与纯气氮组分一致 CN CN(2) x2
6、 = 1.618%，浓度略少于污液氮中的氩浓度K(3) 污液氮与污气氮中氮组分相同，即x3 = y3。WN WN将以上假设条件代入方程组1-2得：47300 = L +10000 + LKWN 47300x 78.12% = L x 62.18% x+10000x 99.99% + L x 94.19%KWN47300x 0.93% = L x 1.32% +10000x 0.01% + L x x2V KWN WN解得： L = 25723 93Nm3/ hKL = 11576.07Nm3/ h WNx 2 = 0.196%WNx1 = 5.604%V WN3、回流比及操作线方程的确定下塔物
7、料守恒：L = 25723.93Nm3 /h KL =11576.07Nm3/h WNx2 = 0.196%WNx1 = 5.604%WN下塔理论塔板数用逐板法计算试凑法计算。从污氮抽取出口把下塔分 为I、II两段，从污氮出口往下到液空上方为第I段，从污氮出口往上 到液氮出口下方为第II段。第 I 段回流比及操作线方程的确定：回流比：（-）二人=25723.93 二 0.5438 V i V 473K根据物料守恒得到操作线方程组：y =(77)(x - X1 ) + y11 V I 1 KKy = () (x - x 2)+ y22 V I 2 KK将回流比及假设条件X2二1.32%代入操作线
8、方程组1-3 得:Ky 二 0.5438 x + 0.013732 1 1y 二 0.5438 x + 0.0005 22回流比：()VIIV - -二 CNVK47300 -1000047300二 0.78861-3下塔第I段操作线方程：y = 0.5438 x + 0.013732 1 1y = 0.5438 x + 0.000522(2)第II段回流比及操作线方程的确定:根据物料守恒得到操作线方程L + L = VII CN II1-4 L x + Lx1= V yII1CNCNII1L x + Lx 2= V yII2CNCNII2并将V = V = 47300Nm3 / h L =
9、10000Nm3 / h L = 37300Nm 3/hII KCNII下塔第II段操作线方程：J y = 0.7886xI = 0.7886x + 0.00002122x1 = 0% x 2 = 0.01%CNCN代入方程1-4得到第II段操作线方程:y = 0.7886 x11y = 0.7886x + 0.000021224、下塔理论塔板数计算（逐板计算法）首先，根据吉普斯相率可以做以下假设： 离开塔板的两股物质处于相平衡，进入塔板的两股物质浓度关系由操 作线方程确定。计算过程：由污氮中氧浓度和氩浓度算出y和y，再由0.58MPa下氧-氩-氮三元12系相平衡图中查得第一块塔板的x1和x2
10、,从而查出y.如此循环最后使 得氧浓度大于 36%.表格一 下塔第 I 段逐板计算表组分 塔板数x （%）1x （%）2y （%）1y （%）205.6040.1964.420.157110.80.347.240.24216.280.7810.220.48321.561.0613.100.63427.321.1816.230.693532.261.3918.920.81633.781.5219.740.8836.781.6321.370.94到第六块塔板的时候氧浓度已经超过36 了，故第I段取7块5、下塔第II段塔板数的确定组分塔板数、x （%）1x （%）2y （%）1y （%）200.04
11、60.00320.0360.004610.0740.01050.0580.010420.0960.0180.0760.016330.1490.0350.1180.029740.2110.060.1660.49450.3790.090.2990.7360.5320.1420.4200.11470.9210.230.7260.18381.660.361.3090.28693.0860.5662.4340.448104.9830.8253.8880.653115.7181.0444.5090.825表格二、下塔第 II 段逐板计算表下塔理论塔板数第 I 段：7第 II 段：11二、液空、污液氮、纯液
12、氮节流气化率的确定1、液空节流气化率的计算（）K已知液空的过冷度为5C，从下塔0.58Mpa节流到0.136Mpa,根据空a = 11.6%K气T-S图可查得a二11.6%。K2、污氮及纯氮气化率的计算（a a ）WN CN由于污氮中氧和氩含量较低，将污氮近似处理成纯的氮来计算，所以查氮的T-S图可得到：a =a = 12.4%WN CN三、液空节流后气液相组分的计算根据前面得到的数据计算：节流前液空量：L = 25723.93 Nm3 / hKX1 = 36%KX2 = 1.618%K节流后气化量：R =a L = 11.6% x 25723.96KK=2983.98Nm3 /hy1y2节流
13、后液体量：R = (1- a )LKKx1x2a =a =12.4%WN CN根据组分平衡CR ” y + R x= 1 1R ” y + R x = L xLxK11-522 K 2将数据代入方程组1-5得R a11.6二 0.1312=k = tgr =R1 -a100 -11.6K求得r=7.48。然后确定液空节流后气液相组分。在上塔压力（P=0.58Mpa）下的三元系相平衡图y1 -X图上（见示意图）纵坐标上找到节流前液空x （36%）左一条水平线与x = y线相交于点a,如 1 1 1图所示，以a点为原点作与水平线夹角为r（7.48）的斜线。此时假设 节流后液体中含氩量X （=1.618%）,在y -X图上找到x = x的等2 1 1 2 2浓度线与前所做斜线交于点C
