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1、 南华大学机械工程学院毕业设计摘要：本次设计的是油脂和水生成脂肪酸的水解塔。根据工艺条件选用板式塔来完成此任务。板式塔的设计包括的主要内容：物料衡算、热量衡算、塔设备的工艺设计（塔内径、塔高、封头、填料、进出口接管及裙座等）等。并对其进行强度计算以及校核，绘制图纸等。技术方案及路线：首先进行物料衡算和热量衡算，然后进行塔设备的尺寸计算，主要包括塔的高度确定和板层高度的计算，以及对塔附件（吊柱、液体分布器、人孔、封头、裙座等）的计算与选择，最后进行强度计算和校核。关键词： 油脂水解；水解塔；物料衡算；强度计算Abstract：What this design is the fat and aqu
2、atic becomes the fatty acid the hydrolisis tower. Selects the plate tower according to the technological conditions to complete this task. The plate tower design includes primary coverage: The material balance, the thermal graduated arm calculated that the tower equipments technological design (towe
3、r inside diameter, tower are high, shell cover, padding, import and export control and skirt and so on) and so on. And carries on the strength calculation as well as the examination to it, the plan blueprint and so on. Technical program and route: First carries on the material balance and the therma
4、l graduated arm calculated that then carries on the tower equipments size computation, mainly includes the tower the high determination and the flag high computation, as well as to tower appendix (pylon, liquid spreader, person hole, shell cover, skirt and so on) the computation and the choice, carr
5、y on the strength calculation and the examination finally.Key word ：Fat hydrolisis; Hydrolisis tower; Material balance; Strength calculation;前 言随着我国洗涤用品工业、表面活性剂工业、化工助剂工业的发展，油脂水解技术日益重要。本设计是在水解塔中将油脂生成脂肪酸的塔设备的设计。水解塔属于板式塔。从2013年1月份开始着手设计任务以来，本人从图书馆及网上资源查阅了大量的相关资料，对本设备的基本原理有了更进一步的了解，在和同组同学讨论以及任务分工后进行了总体方
6、案论证、总图设计、主要部件设计和设计任务书的编写工作。本次设计是对我们四年来所学的专业知识的总结，旨在培养我们综合运用所学的基础知识、专业知识去分析和解决生产实际问题的能力及培养正确的设计思想，并通过运用设计标准、规范、手册、图册、和查阅有关技术资料去进行理论计算、结构思考、绘制图样、写相关说明性材料，培养我们机械设计的基本技能和工程设计工作者的基本素质，为我们走上工作岗位打下坚实的基础。由于本人水平有限，实践经验不足，再加上时间不允许非常深入的研究，以致设计中难免会出现错误和不当之处，还请各位老师多提宝贵意见，深表感谢！第一章 简述1.1油脂水解方法 随着经济的发展和生活的需求，推动了洗涤工
7、业、活化剂工业和化工助剂等工业的发展，脂肪酸的生产就显得日益重要。而脂肪酸的生产前提就是油脂水解，所以油脂水解技术就成为其中的重点。 什么是水解呢？水解是一个化工过程，是利用水将物质分解成新的物质的过程。通常是指盐类的水解平衡。 油脂的水解技术大概有100多年的历史。 早期主要为有催化剂的间歇水解法，随着科学技术的发展，发展了油脂无触媒连续水解技术。其流程示意图：1.2高、中压水解技术的对比 目前的连续无触媒水解技术主要有单塔高压水解法和多塔中压水解法。它们在原理和控制方法上是类似的，油脂在水解塔底部加入，工艺水有水解塔的顶部加入，由于油脂和水的比重不同，形成逆流，并在塔内高温高压的条件下，发
8、生水解反应产生甘油和脂肪酸。基于比重的差异，脂肪酸浮向塔顶，从塔顶被排出，而甘油水从塔底排出，油脂水解的反应如下：虽然这两种在原理和控制方式上相似，但在工艺条件、设备和生产量等方面存在着差异，其差异见下表。对于厂家应考虑自己的生产规模、技术环境等多方面因素，选择适合自己的技术。 表 1-1高、中压水解技术对比 高 压 水 解 中 压 水 解 工 艺 条 件 55巴，250260 35巴，230左右 设 备 单 塔 双 塔 串 联 加 热 方 法 导 热 油 加 热 高 压 蒸 汽 加 热 水 解 度 9899% 97% 停 留 时 间 约 2 小 时 约 8 小 时 生 产 能 力 75 吨
9、/ 天 以 上 50100 吨 / 天1.3高压连续水解工艺 油脂高压连续水解工艺流程简图如下： 图1-1油脂高压连续水解工艺流程简图 油脂从换热器W071.02加热后进入脱气塔B0721.01，在真空条件下脱去油脂中的空气，脱气后的油脂由泵P0721.03和高压活塞泵P0721.04共同作用下进入水解塔K0721.01的底部。 工艺水由泵P07210.2进入，经换热器W0721.01被加热到适宜温度，在高压活塞泵P0721.05的作用下进入水解塔K0721.01的顶部。由此向上流动的脂肪和向下的工艺水发生接触，由于水的比重比油脂大，因此发生逆流，使得脂肪和水充分接触反应保证水解度。 反应后的
10、脂肪酸从塔顶离开在卸压罐B0721.02卸压，而残留在其中的水分也在卸压罐的真空下蒸发，水蒸汽在冷凝器B0721.04中凝结。甘油水由塔底排出，然后在卸压罐B0721.03中卸压，由于罐中真空使得部分水分蒸发，水蒸汽在冷凝器B0721.04凝结。真空泵W0721.01为B0721.01，B0721.02，B0721.03和B0721.04提供真空条件。 卸压罐B0721.02中的粗脂肪酸在泵P0721.06的作用下进入下一步工序。卸压罐P0721.03中的甘油水在泵P0721.07的作用下进入贮藏罐或进入下一步工序。 连续无触媒高压水解法是目前在脂肪酸生产工业中最先进的水解技术。其显著优点是持
11、续生产，生产周期短，成本低。但对水解原料有其适应范围，投资高，操作难度大。1.4两种中压水解装置技术性能的对比 近年来，我国从国外引进了多种中压水解装置，它们从工艺上大体可以分成两类，其工艺流程简图如图1-2，图1-3。 图1-2第一种中压水解装置工艺简图1. 高压泵；2.加热器；3.水解塔；4.甜水闪蒸器；5.脂肪酸闪蒸器；6.甜水沉降槽；7脂肪酸沉降槽；8.工艺水罐；9.甜水泵；10汽封罐。 图1-3 第二种中压水解装置工艺简图 1.高压泵；2.加热器；3.水解塔；4.甜水闪蒸器；5.脂肪酸闪蒸器；6.甜水沉降槽；7脂肪酸沉降槽；8.工艺水罐；9.甜水泵；10汽封罐。 由上面的流程图可以看
12、出，这两种工艺在整体上大同小异，并且在预热和水解部分完全一致，不过在水解后的热能回收利用方面有所不同。主要区别为：第一种工艺将脂肪酸和甜水的谁蒸汽全部回收，用于浓缩甘油水。而第二种是将这些蒸汽冷凝，没有回收利用；对于水解后脂肪酸的热能分配，第二种工艺比较合理，它把其部分热能用来浓缩甘油水，不但降低了脂肪酸温度，还提高了甜水的浓度。 第二章钢制塔式容器标准2.1准则 本标准的“总则”为JB/T 4710-2005钢制塔式容器。凡是可以借用JB/T 4710-2005的地方一律采用，在使用本标准应先熟悉其内容，并将其标准贯彻到整个设计中去。2.2安全系数 安全系数主要是为了使用压力容器是预留一定的
13、余量，以弥补理论上的漏洞和制造过程中无法检测到的缺陷，确保容器的安全运行。本标准的安全系数采用GB 1501998的规定。 在计算塔体和裙座的应力时，应该在应力许用值的基础上乘以一个安全系数K=1.2.2.3适用范围 本标准适用于H/D5，高度H10m，且设计压力不大于35MPa的裙座自支承的塔式容器。 不适用于带有拉牵装置或夹套的塔式容器，还有由操作平台联成一体的塔群或排塔。H塔总高，D塔壳的公称直径。 对于不等直径的塔式容器：D=D1L1/H+D2L2/H+适用范围是考虑到： （1）塔式容器振动只做平面弯曲振动，高度小的塔式容器截面弯曲应力小，计算壁厚取决于最小厚度。 （2）塔式容器属于直
14、立型容器，它承受的载荷有压力载荷、重力载荷、风载荷和地震载荷等载荷。在内外压较低时，塔式容器所承受的主要载荷为风载荷和地震载荷。这些载荷对塔壳和裙座壳所产生的截面应力为弯曲应力。如果在相同的风力载荷和地震载荷的作用下，塔的高度越高，而塔高与直接之比就越大，壳体所需承受的弯曲应力也就越大；对于低矮和H/D较小的塔式容器，壳体中的弯曲应力较小，因为低矮塔式容器的力臂较小，而H/D较小的塔式容器的壳体的截面抗弯系数可以很快增大。所以低矮塔器和H/D较小的塔器的壁厚取决于最小壁厚或压力载荷。 （3）风载荷和地震载荷都是动载荷，而上述情况都是把它们看做静载荷来分析的。从动力方面计算，塔壳的承受能力不仅跟其本身的尺寸有关，还与其动力特性有关联，在计算塔器的振动特性时，假定塔器为一端固定的悬臂梁，而它的振动为弯曲振动或剪切振动，即剪切力、弯矩力的联合振动。对于塔器从属于什么振动形式取决于它的HID比值。由经验统计，当HID4时主要以剪切振动为主；当410时主要为弯曲振动。当5HID10时可以忽略剪切分量的影响，只考虑弯曲振动，这样可以使得计算得以
