年處理量8萬噸苯——甲苯分離塔設(shè)計(jì)（全套CAD圖+說明書+開題報(bào)告+翻譯）
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué) 院： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 題 目： 年處理量8萬噸苯甲苯分離塔設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求：一、 已知設(shè)計(jì)參數(shù)： 生產(chǎn)能力8萬噸/年（300天） 進(jìn)料組成50%（質(zhì)量） 塔頂產(chǎn)品組成 99% 塔底產(chǎn)品組成 2% 操作壓力：常壓 進(jìn)料熱狀態(tài)： 泡點(diǎn)進(jìn)料 冷卻水： 加熱蒸汽： 塔類型：板式塔 環(huán)境：衡陽室外二、 設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)工作量要求： （1）按所給設(shè)計(jì)參數(shù)完成分離塔的施工圖設(shè)計(jì); （2）繪制設(shè)計(jì)圖紙總計(jì)3張零號(hào)以上，其中要求手工繪圖1張壹號(hào)以上； （3）設(shè)計(jì)說明書字?jǐn)?shù)不少于1.5萬字，并要求統(tǒng)一用A4紙打印； （4）翻譯3千左右漢字量的與畢業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)的英文資料； （5）撰寫相當(dāng)于3百漢字的英文摘要。三、 主要參考資料:化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書（塔設(shè)備）化工原理化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)GB150-1998鋼制壓力容器 指導(dǎo)老師： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題 目 年處理量8萬噸苯甲苯分離塔設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 職 稱 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 年 月 日購(gòu)買后包含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396摘要：在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護(hù)等工業(yè)部門，塔設(shè)備是一種重要的單元操作設(shè)備。塔器即是高徑比很大的設(shè)備。它可以實(shí)現(xiàn)氣（汽）-液相或液-液相之間的充分接觸，從而達(dá)到相際間進(jìn)行傳質(zhì)及傳熱的目的。常見的、可在塔設(shè)備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，即利用液相混合物中各相分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移。苯和甲苯都是化工生產(chǎn)中的重要原料，屬于芳香族化合物。因此，將苯和甲苯從其混合物中分離出來加以提純，意義重大。塔設(shè)備按結(jié)構(gòu)形式可分為填料塔和板式塔。由于板式塔的分離效果比填料塔好，考慮到苯和甲苯的物性以及生產(chǎn)費(fèi)用問題，本設(shè)計(jì)選用化工生產(chǎn)中被廣泛采用的篩板塔。因?yàn)楹Y板塔較其他類型塔有如下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，塔板效率高，安裝維修方便。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：過程的物料衡算、熱量衡算，工藝計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核，機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)(特別是要考慮風(fēng)載荷和地震載荷的影響)，管路選擇，貯罐、換熱器的選型，繪制工藝流程圖，以及塔的施工圖設(shè)計(jì)：包括總裝配圖和若干零件圖。關(guān)鍵詞： 精餾 篩板塔工藝計(jì)算 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 強(qiáng)度校核 Abstract: The tower equipment is an important unit operation equipment in industry sectors, for instance, chemical industry, refinery, medicine, food, environmental protection, and so on. It can realize the steam between the liquid phase or the fluid - liquid phase contact deeply, thus achieving the border carries on the mass transfer and the heat transfer goal. The distillation is the separation of liquid mixtures most commonly used as an unit operation in chemical industry, oil refining, petrochemical and other industries. The design mission is to produce an important chemical raw material from a mixture of benzene and toluene, it will be a great significance if the material can be separated from its mixture of benzene and toluene. Taking into account the structures of benzene and toluene, as well as the production costs, the designer selected the sieve plate distillation column which are widely used in chemical production.As compared to other types of towers, the sieve-plate column tower has the following advantages: simple structure, low cost, high efficiency tray, tower installation and maintenance easy. The main elements of the design is: Process material balance, heat balance, process calculation, structural design and verification, mechanical strength of the design, pipe selection, storage tank, heat exchanger, drawing process maps, design of tower construction plans, including the total number of assembly drawings and parts diagram.Key Words: Distillation;Sieve-plate column;Process calculation; Structural design;Check of strength目錄第一章 概述1第二章 流程的設(shè)計(jì)及說明3第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算4 3.1 物料衡算4 3.2 確定塔內(nèi)操作溫度5 3.3 確定回流比及塔板數(shù)6 3.4 塔設(shè)計(jì)計(jì)算8 3.4.1 精餾段計(jì)算8 3.4.2 提餾段計(jì)算 20 3.5 精餾塔高度的計(jì)算33第四章 精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)34 4.1 塔盤34 4.2 各接管及法蘭選擇35 4.3 人孔40 4.4 操作平臺(tái)和扶梯41 4.5 裙座42 4.6 吊柱43第五章 塔體和裙座的機(jī)械設(shè)計(jì)45 5.1 選擇材料和確定參數(shù)45 5.2 計(jì)算筒體和封頭的厚度465.3 塔的自振周期的計(jì)算465.4 塔體的質(zhì)量載荷計(jì)算475.5 風(fēng)載荷及風(fēng)彎矩計(jì)算505.6 地震載荷及彎矩的計(jì)算525.7 各載荷引起的軸向應(yīng)力545.8 筒體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核565.9 筒體和裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核575.10 裙座和塔體的連接焊縫校核595.11 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)605.12 地腳螺栓計(jì)算61 第六章 附屬設(shè)備的計(jì)算及選型 65 6.1 貯罐65 6.2 換熱器66參考文獻(xiàn)69英文翻譯70 謝辭85第 85 頁 共 92 頁第一章 概述塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣(或汽)液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的?？稍谒O(shè)備中完成的常見操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設(shè)備，首先必須使氣液兩相能充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列各項(xiàng)要求。(1)生產(chǎn)能力大；(2)操作穩(wěn)定、彈性大；(3)流體流動(dòng)的阻力?。?4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和安裝容易?；どa(chǎn)中所處理的原料，粗產(chǎn)品幾乎都是混合物，為了滿足生產(chǎn)中各種要求，時(shí)常需要將其分離為較純凈的物質(zhì)。苯是化工工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)的重要基本原料，甲苯是有機(jī)化工合成的優(yōu)良溶劑。本次設(shè)計(jì)任務(wù)是為實(shí)現(xiàn)苯-甲苯的分離，即采用精餾操作。精餾即利用液體混合物各組分沸點(diǎn)或揮發(fā)度的不同，將物質(zhì)多次部分汽化與部分冷凝，從而使液體混合物得到分離與提純。對(duì)此，需采用板式精餾塔。板式塔相比填料塔，是一種逐級(jí)接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備，在壓力較高時(shí)，分離效果比填料塔好。板式塔塔內(nèi)以塔板作為基本構(gòu)件，氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層，使氣液相密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱，兩相的組分濃度呈階梯式變化。板式塔的種類繁多，按塔板的結(jié)構(gòu)分：有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形塔等。這里選用篩板塔，這是因?yàn)椋号c其他形式的板式塔相比，篩板塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，板效率高，安裝維修方便。篩板塔塔盤分為篩孔區(qū)、無孔區(qū)、溢流堰及降液管等部分。篩板塔的氣液接觸情況是：液體從上層塔盤的降液管流下，橫向流過塔盤，越過溢流堰經(jīng)溢流管流入下一層塔盤；蒸汽自下而上穿過篩孔時(shí)，被分散成氣泡，在穿越塔盤上液層時(shí)，進(jìn)行氣液間傳熱與傳質(zhì)。下圖為篩板精餾塔的結(jié)構(gòu)示意圖：本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：過程的物料衡算、熱量衡算，工藝計(jì)算，結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計(jì)，機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)，貯罐、換熱器的選型。第二章 流程的設(shè)計(jì)及說明進(jìn)料時(shí)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，這種進(jìn)料狀況不受季節(jié)氣溫的影響，且精餾段與提餾段的氣體流量相等，塔徑也相等。原料液在25 時(shí)從貯罐（V-101）用離心泵輸送到塔前預(yù)熱器(E-101)中預(yù)熱至泡點(diǎn)溫度90.8，由精餾塔進(jìn)料口進(jìn)入塔內(nèi)在進(jìn)料板上液體一部分與自塔上部下降的回流液體混合后逐板溢流，最后流到塔底。料液的一部分與自塔底上升的蒸汽相互接觸進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過程，上升的蒸汽由塔釜再沸器（E-103為了檢修的方便，同時(shí)產(chǎn)品量也很大可采用塔外再沸器即立式虹吸式再沸器，用飽和水蒸氣加熱）經(jīng)飽和蒸汽換成109蒸汽由塔最下面一塊板上進(jìn)入塔內(nèi)，逐層上升與溢流液體進(jìn)行傳質(zhì)，最后經(jīng)塔頂冷凝器(E-102)循環(huán)水（進(jìn)口溫度20 ）冷凝成80.1下的飽和液體進(jìn)入回流罐(V-104)，一部分重力回流，一部分經(jīng)塔頂冷卻器(E-102)用進(jìn)口溫度20的井水冷卻至25，輸入苯貯罐。塔底產(chǎn)品甲苯經(jīng)塔底冷卻器冷卻至25 輸入甲苯貯罐，為了節(jié)省能耗，可考慮將冷卻器與塔前物料預(yù)熱進(jìn)行熱交換，換熱后原料還未達(dá)到泡點(diǎn)，可考慮再加個(gè)換熱器。再沸器內(nèi)水蒸氣換熱后變成同溫度水可用于工人取暖和淋浴。第三章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算(一)原料規(guī)格及分離要求年產(chǎn)8萬噸 即GF=8107Kg7200h=11111Kgh.飽和液進(jìn)料。塔頂苯含量不低于99%（質(zhì)量分率）。塔底苯含量不高于2%（質(zhì)量分率）(二)生產(chǎn)條件操作條件:101.3kPa操作溫度:原料和產(chǎn)品均為常溫(25)塔頂冷凝器:用循環(huán)水冷卻(進(jìn)口溫度20)塔底再沸器:用飽和水蒸汽加熱回流比:取最小回流比的2倍3.1 物料衡算原料液 塔頂和塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)：苯的摩爾質(zhì)量 甲苯的摩爾質(zhì)量原料液塔頂、塔底的平均摩爾質(zhì)量:而原物料處理量 由可得： 3.2 確定塔內(nèi)操作溫度由手冊(cè)可以查處苯（A）和甲苯（B）飽和蒸汽壓和溫度的關(guān)系如下圖：溫度，8018590951001051106PA，kPa10133116913551557179220422400PB，kPa40046054063374386010133由拉烏爾定律可計(jì)算氣液平衡數(shù)據(jù)：計(jì)算結(jié)果如下圖苯% 溫度 t，8018590951001051106x1000078005810412025801300y1000090007770633045602620繪制如上的（t-x-y）圖形結(jié)合苯的摩爾分?jǐn)?shù)得塔頂溫度為進(jìn)料板溫度：塔底溫度： 塔的平均溫度： 3.3 確定回流比及塔板數(shù)用作圖法確定最小回流比如圖：飽和蒸汽進(jìn)料q=1進(jìn)料線如圖： 求精餾塔的氣液負(fù)荷求精餾段操作線方程： 求提餾段操作線方程：圖解法求理論板的數(shù)目：由上圖可知總理論板數(shù)為NT =16.5(不含再沸器) 精餾段塔板(自精餾段由上往下)估算總塔的效率：為苯的相對(duì)揮發(fā)度： 由前面的計(jì)算可知：塔頂、塔底的平均溫度為95，由手冊(cè)查出、則 苯的粘度：甲苯的粘度：在平均溫度下的物料平均粘度為：則總塔效率：計(jì)算實(shí)際塔板數(shù)：總塔板： 取28塊進(jìn)料塔板： 取16則精餾段的塔板數(shù):提餾段的塔板數(shù)：3.4 塔設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1精餾段計(jì)算1.塔板工藝尺寸計(jì)算(1)操作溫度塔頂溫度 TD=81進(jìn)料溫度為90.8則精餾段平均溫度85.9（2）平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 (3)平均密度、表面張力、粘度計(jì)算A.氣相平均密度計(jì)算理想氣體方程 B.液相平均密度液相的平均溫度計(jì)算式為：由 查表得 由 查表得 由圖解理論板得： 查平衡曲線得 則質(zhì)量分?jǐn)?shù)：精餾段液相平均密度為：C.液體表面張力液相平均表面張力依下式計(jì)算：塔頂液相平均表面張力 由 查手冊(cè)得 進(jìn)料板液相平均表面張力：由 查手冊(cè)得： 故：則精餾段液相平均張力為：D.液體平均粘度塔頂液相平均粘度 查手冊(cè)得則：進(jìn)料板液相平均粘度 查手冊(cè)得精餾段的液相平均粘度為：(4)精餾段氣，液相負(fù)荷及氣，液相體積流率(5)塔體工藝尺寸計(jì)算 取板間距板上液層高度查化工原理上冊(cè) 計(jì)算出C=0.0745則取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為塔徑 圓整為1.8米 則 實(shí)際空塔氣速 (6)精餾段有效高度為 提餾段有效高度(7)塔板主要工藝尺寸計(jì)算因塔徑 可選用單溢流弓形降液管 采用凹形受液盤(1)溢流堰長(zhǎng): (2)溢流堰高度：選用平直堰，堰上液層高度how由下式計(jì)算：how=由經(jīng)驗(yàn)取E=1，則取板上清液高度為60mm故hw=0.06-0.017=0.043m(3)弓形降液管寬度和截面積由 查化工原理下冊(cè) Wd/D=0.16Wd=0.16D=0.161.8=0.288m2(4)驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間=3600Af HT/Lh35 =(36000.2540.45)/(36000.0052)=21.98s5s故降液管設(shè)計(jì)合理(5)降液管底隙高度取ho=hw-0.008=0.043-0.008=0.035m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理選用凹形受液盤，深度(8)塔板布置1.塔板分布因D=1800mm800mm 由表可確定用五塊塔板2.邊緣區(qū)寬度和破沫區(qū)寬度確定D1.5m 破沫區(qū)寬度 邊緣區(qū)寬度Wc=0.05m3.開孔區(qū)面積 開孔區(qū)面積按下式計(jì)算：篩孔計(jì)算及其排列：所處理的物系無腐蝕性可選用的碳鋼板,由于液相表面張力為正值故取篩孔直徑篩孔按正三角形排列 取孔中心距為篩孔數(shù)目n= 開孔率氣體通過閥孔的氣速為u0=m/s（9）篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算1.塔板壓降ho=u02V/2gC02L.由d0/=5/3=1.67 查化工原理書下冊(cè)C0=0.772. ho=液注氣體通過液層的阻力計(jì)算氣體通過液層的阻力h1由下式計(jì)算查化學(xué)工藝手冊(cè)液注2.液體表面張力的阻力的計(jì)算液注氣體通過每層塔板的液注高度hp液注氣體通過每層塔板的壓降為0.7Kpa(設(shè)計(jì)合理)3.液面落差對(duì)于篩板塔,液面落差很小,本例塔徑和液流不大,故可忽略,液面落差的影響.4.液沫夾帶所以在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量ev在允許范圍內(nèi)。5.漏液對(duì)篩板塔漏點(diǎn)氣速實(shí)際孔速u0=11.99m/s 穩(wěn)定系數(shù) u0/u0=1.641.5故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液6.液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從苯甲苯物系屬一般物系，取=0.5則而板上不設(shè)進(jìn)口堰，hd由下式計(jì)算故故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象.（10）塔板負(fù)荷性能1.漏液化簡(jiǎn)得:在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出，計(jì)算結(jié)果如下表0.00060.00150.00300.00451.0131.0361.0641.088 由上數(shù)據(jù)可作出漏液線12.液沫夾帶線0.00060.00150.00300.00454.804.684.524.39由以上數(shù)據(jù)可作出液沫夾帶線23.液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層高度由下式據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線34.液相負(fù)荷上限線以=4S作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，由下式得據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線45.液泛線令由 聯(lián)立得 忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得式中 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得 或是 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表0.00060.00150.00300.00454.3994.3794.3504.319由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5根據(jù)以上各個(gè)線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如下圖：現(xiàn)將精餾段的計(jì)算結(jié)果匯總于表中，如下: 篩板塔精餾段設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目數(shù)值及說明備注塔徑D/m1.8板間距HT/m0.45塔板形式單溢流弓形降液管五塊式塔板空塔氣速u/(m/s)0.91堰長(zhǎng)lw/m1.296堰高h(yuǎn)w/m0.043降液管底隙高度/m0.035閥孔數(shù)N/個(gè)8942等腰三角形叉排閥孔氣速11.99液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間/s21.98板上清液層高度0.06氣相負(fù)荷上限0.0286液泛控制氣相負(fù)荷下限0.00113.4.2提餾段計(jì)算1.塔板工藝尺寸計(jì)算(1)操作溫度由前面可知：塔底溫度 TW=109進(jìn)料板的溫度 提餾段平均溫度：(2)平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔底平均摩爾質(zhì)量計(jì)算：由圖解理論板得： =0.0578.11+（1-0.05）92.13=90.57Kg/Kmol=0.0278.11+（1-0.02）92.13=91.85Kg/Kmol進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算：由圖解理論板得： 提餾段平均摩爾質(zhì)量計(jì)算：(3)平均密度、表面張力、粘度計(jì)算氣相平均密度計(jì)算理想氣體方程液相平均密度液相平均密度由下式計(jì)算進(jìn)料板液相平均密度：由，查手冊(cè)得: 由 查手冊(cè)得： 則 提餾段的液相平均密度為：液體表面張力的計(jì)算 液相平均表面張力依下式計(jì)算塔底液相平均表面張力 由查手冊(cè)得 故：進(jìn)料板液相平均表面張力：由 查手冊(cè)得： 故：提餾段液相平均表面張力：液體平均粘度液相平均粘度按照下式計(jì)算：進(jìn)料板液相平均粘度 查手冊(cè)得 得塔底液相平均粘度： 查手冊(cè)得 由得故提餾段液相的平均粘度為： (4)提餾段氣，液相負(fù)荷及氣，液相體積流率 (5)塔體工藝尺寸計(jì)算由 式中的C由下式計(jì)算：式中的由圖表查處 圖的橫坐標(biāo)為 取板間距,板上液層高度 則有：查表得:故取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為：按標(biāo)準(zhǔn)圓整塔徑后塔截面積為 實(shí)際空塔氣速精餾塔提餾段有效高度的計(jì)算：(7)塔板主要工藝尺寸計(jì)算因塔徑 可選用單溢流弓形降液管 采用凹形受液盤溢流堰長(zhǎng)溢流堰高度：選用平直堰，堰上液層高度由下式計(jì)算：由經(jīng)驗(yàn)取E=1，則取板上清液高度為70mm故 弓形降液管寬度和截面積由 查化工原理下冊(cè) 故有 驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間故降液管設(shè)計(jì)合理降液管底隙高度取故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理(8)塔板布置1.塔板分布因 查表采用五塊板2.邊緣區(qū)寬度和破沫區(qū)寬度確定破沫區(qū)寬度 邊緣區(qū)寬度Wc=0.05m3.開孔區(qū)面積 開孔區(qū)面積按下式計(jì)算：篩孔計(jì)算及其排列所處理的物系無腐蝕性可選用的碳鋼板,由于液相表面張力為正值故取篩孔直徑篩孔按正三角形排列 取孔中心距為篩孔數(shù)目n= 開孔率氣體通過閥孔的氣速為(9)篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算1.塔板壓降 干板阻力的計(jì)算由查化工原理書下冊(cè) 液注氣體通過液層的阻力計(jì)算氣體通過液層的阻力由下式計(jì)算查化學(xué)工藝手冊(cè)液注2.液體表面張力的阻力的計(jì)算液注氣體通過每層塔板的液注高度液柱氣體通過每層塔板的壓降為3.液面落差對(duì)于篩板塔,液面落差很小,本例塔徑和液流不大,故可忽略,液面落差的影響.4.液沫夾帶在允許范圍內(nèi)5.漏液對(duì)篩板塔漏點(diǎn)氣速由下式計(jì)算：實(shí)際孔速穩(wěn)定系數(shù)故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液6.液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從苯甲苯物系屬一般物系，取=0.5則而板上不設(shè)進(jìn)口堰，由下式計(jì)算故故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象.(10).塔板負(fù)荷性能1.漏液線化簡(jiǎn)得:在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出，計(jì)算結(jié)果如下表0.00060.00150.00300.00450.9871.0121.0411.063由以上數(shù)據(jù)可作出漏液線12.液沫夾帶線0.00060.00150.00300.00454.6534.5224.3544.213由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線23.液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層高度由下式據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)下限線34.液相負(fù)荷上限線以=4S作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，由下式得據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線45.液泛線令由 聯(lián)立得 忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得式中 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得 或是 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表0.00060.00150.00300.00454.1594.0944.0043.921由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5塔板的負(fù)荷性能圖如下：現(xiàn)將提餾段的計(jì)算結(jié)果匯總于表中，如下 篩板塔提餾段設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目數(shù)值及說明備注塔徑1.8板間距0.45塔板形式單溢流弓形降液管五塊式塔板空塔氣速u/(m/s)0.977堰長(zhǎng)1.296堰高0.044降液管底隙高度0.035閥孔數(shù)N/個(gè)8942等腰三角形叉排閥孔氣速12.69液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間11.43降液管內(nèi)清液層高度0.07氣相負(fù)荷上限0.0286液泛控制氣相負(fù)荷下限0.0011漏液控制操作彈性3.163.5 精餾塔高度的計(jì)算1.精餾段有效高度為2.提餾段有效高度為3.在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.8m4.故精餾塔的有效高度為5.取塔頂空間和塔底空間均為6.采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭其高度7.取裙座高度為8各段高度之和綜上，塔徑D=1800mm，塔高H=21500mm。第四章 精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4-1塔盤由前面的設(shè)計(jì)過程可知塔盤分為五塊，單溢流的工作方式，槽式塔盤其部分沖壓尺寸如下表：材料塔盤板厚度S彎曲半徑R筋板厚度d筋板高度h碳鋼34657塔盤板的尺寸：降液管結(jié)構(gòu):由于所處理的物料不易堵塞，故可采用弓形固定式降液管，降液管底隙高度為8mm受液盤結(jié)構(gòu)：采用凹形受液盤，因?yàn)楸揪s塔的塔徑為1800mm 故受液盤的厚度取6mm ，受液盤深度取50mm 開兩個(gè)的淚孔。 溢流堰結(jié)構(gòu)：由于液體溢流量較大，故采用平直堰。由前面設(shè)計(jì)計(jì)算，堰高塔盤支承結(jié)構(gòu)與緊固件：塔盤直徑支持圈寬度支持板寬度碳鋼厚度1762505010用螺紋緊固。4-2各接管及法蘭的選擇各接管均用碳鋼管。開孔補(bǔ)強(qiáng)方式選補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)。進(jìn)料管：考慮到物料的性質(zhì)，苯塔采用可拆式直管進(jìn)料管如上圖所示：取流速，設(shè)其內(nèi)直徑為則： 查相關(guān)接管標(biāo)準(zhǔn)選取進(jìn)料管規(guī)格為相關(guān)尺寸如下圖：(mm)內(nèi)管外管abc15100455120200回流液接管：考慮安裝檢修的方便，回流液接管亦用可拆式直管，取流速設(shè)其內(nèi)直徑為則： 對(duì)接管進(jìn)行圓整后的規(guī)格內(nèi)管外管abc25150705120200釜液排出管：取流速設(shè)其直徑為則：對(duì)接管進(jìn)行圓整后的規(guī)格 結(jié)構(gòu)如下圖：塔頂蒸汽接管(及塔底進(jìn)氣接管)：選取則 選取接管規(guī)格為： 安裝在塔頂封頭處。簡(jiǎn)圖如下： 至于塔底進(jìn)氣接管，尺寸可與塔頂蒸汽接管一致，安裝在塔釜排出管另一側(cè)上方，用于釜液經(jīng)再沸器產(chǎn)生的氣體進(jìn)入塔內(nèi)。接管規(guī)格如下表：序號(hào)名稱選定速度管規(guī)格1進(jìn)料接管0.52塔頂蒸汽接管143回流液接管0.54釜液排出管0.55儀表接管接管法蘭：接管法蘭按照法蘭標(biāo)準(zhǔn)選取。選取結(jié)果如下：進(jìn)料接管法蘭：接管名稱公稱通徑管子外徑連接尺寸密封尺寸法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑B法蘭理論重量kg法蘭直徑D中心孔直徑K螺栓孔直徑螺栓、螺柱df數(shù)量n螺紋Th進(jìn)料管1001082101701841831161103.41塔頂蒸汽管450480595550221630446248520.5回流液接管150159265225188203170.51615.14釜液排出管657616013014416277.5781.85儀表接管25321007511414234.5330.734-3人孔綜合考慮塔的制造，安裝，檢修。本精餾塔需開設(shè)3個(gè)直徑為500的人孔。進(jìn)料板上開一個(gè)，塔頂回流管處開一個(gè)，塔底開一個(gè)。查HG/T21516-95得常壓人孔規(guī)格如下：人孔的材料和尺寸如下表所示：4-4操作平臺(tái)和扶梯平臺(tái)設(shè)在人孔和接管處以及塔頂?shù)踔?，供?個(gè)平臺(tái)，選擇1米的平臺(tái)寬度。扶梯超過5m時(shí)，應(yīng)設(shè)中間休息平臺(tái)，采用籠式扶梯。4-5裙座采用圓筒形裙座（具有制造方便和經(jīng)濟(jì)合理的優(yōu)點(diǎn)），裙座高5m。其與塔體采用對(duì)焊的連接方式。材料為Q235-B結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：對(duì)接形式4-6吊柱吊柱的選用按HG/T21639-2005標(biāo)準(zhǔn)選取。吊桿的材料為20號(hào)無縫鋼管，支座墊板用20R，其余零部件均用Q235-B(基于對(duì)材料要求的提高，現(xiàn)Q235-B多替代Q235-A使用).選用的標(biāo)準(zhǔn)吊柱尺寸如下：吊柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：第五章 塔體和裙座的機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)條件主要工藝參數(shù)數(shù)據(jù)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)塔體內(nèi)徑18001.塔體開設(shè)了3個(gè)人孔塔高215002.在人孔處的操作平臺(tái)寬度單位質(zhì)量包角計(jì)算壓力0.23.塔體外表面保溫層厚度為保溫材料密度為設(shè)計(jì)溫度1204.塔器設(shè)置地區(qū)的基本風(fēng)壓值塔板數(shù)285.地震設(shè)防烈度為7級(jí)精餾段塔板清液層高度606.場(chǎng)地土為類場(chǎng)地土提餾段塔板上清液層高度707.支座為，高度為的圓筒形裙座精餾段液相介質(zhì)密度807.68.塔體焊接接頭系數(shù) 塔體與裙座對(duì)接焊接提餾段液相介質(zhì)密度790.969.塔體和裙座的壁厚附加量都取5.1選擇材料和確定參數(shù) 筒體和封頭均用（這種合金鋼有很好的綜合力學(xué)性能）。裙座選用 材料。設(shè)計(jì)壓力為 設(shè)計(jì)溫度為查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可得材料的有關(guān)性能參數(shù)： ： 5.2計(jì)算筒體和封頭的厚度 忽略液柱靜壓力,設(shè)計(jì)壓力即為計(jì)算壓力： 筒體：封頭(采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭)： 參看國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB150和鋼制塔式容器塔體的最小厚度不小于取壁厚附加量為，考慮到剛度、穩(wěn)定性及多種載荷等因素，取筒體和封頭的名義厚度均為。有效厚度為5.3塔的自振周期的計(jì)算等直徑、等厚度塔的基本固有周期： 5.4塔體的質(zhì)量載荷計(jì)算1(一) 圓筒質(zhì)量塔體圓筒總高度： 查手冊(cè)得鋼的密度為 (二) 封頭的質(zhì)量 查標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)JB4737有公稱直徑為，厚度為的橢圓形封頭質(zhì)量為則： (三) 裙座質(zhì)量 2.塔內(nèi)構(gòu)件的質(zhì)量 由鋼制塔式容器中可知篩板塔盤單位質(zhì)量為3.人孔、法蘭、接管、吊柱等附屬物質(zhì)量 4.保溫材料質(zhì)量 為封頭保溫層質(zhì)量 5.平臺(tái)、扶梯質(zhì)量 式中 為平臺(tái)單位質(zhì)量 為扶梯高度，為 為籠式扶梯單位質(zhì)量，為為平臺(tái)數(shù)量6.操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量 封頭容積 塔釜深度7.充水質(zhì)量 水的密度為 8.全塔操作質(zhì)量 9.全塔最小質(zhì)量 10.全塔最大質(zhì)量將全塔分為三段，各段質(zhì)量載荷如下表：塔段號(hào)質(zhì)量/kg123合計(jì)2007.363565.22185.167757.7203141.11487.9462989.71804.25108229762001820.6970.429916545528.81189.27372500960479193982725156.315093.7410773624.0636447.4521298.49613702797.068778.275014.1916589.52塔段長(zhǎng)度500010000650021500塔板數(shù)0199285.5風(fēng)載荷及風(fēng)彎矩計(jì)算(忽略風(fēng)的誘導(dǎo)振動(dòng)) 1.風(fēng)力計(jì)算 （1）風(fēng)振系數(shù)：各計(jì)算塔段的風(fēng)振系數(shù)由下式計(jì)算 由鋼制塔式容器查出相應(yīng)系數(shù)并計(jì)算 結(jié)果如下：塔段號(hào)123計(jì)算截面距地面高度51521.5風(fēng)壓350399446.25脈動(dòng)增大系數(shù)2.04脈動(dòng)影響系數(shù)0.720.720.79振型系數(shù)0.0840.591.0風(fēng)壓高度變化系數(shù)（B類）1.001.141.2751.1231.762.264（2）有效直徑的計(jì)算：設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成角，取平臺(tái)構(gòu)件的投影面積，則取下式計(jì)算值中的較大者。式中，塔和管線的保溫層厚度 塔頂管線外徑 各塔段的計(jì)算結(jié)果如下：塔段號(hào)123塔段高度50001000065004000100154268027802834（3）水平風(fēng)力的計(jì)算：由下式計(jì)算各塔徑的水平風(fēng)力 各塔段有關(guān)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果如下表：塔段號(hào)123體型系數(shù)0.7風(fēng)振系數(shù)1.1231.762.2643501.01.141.27550001000065002680278028343686.813665.613027.62.風(fēng)彎矩計(jì)算： 計(jì)算危險(xiǎn)截面的風(fēng)彎矩由下式計(jì)算0-0截面： 1-1截面： 2-2截面： 5.6地震載荷及彎矩的計(jì)算查鋼制塔式容器得：（設(shè)計(jì)地震烈度7級(jí)） （類場(chǎng)地土，近震）地震影響系數(shù)結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)但故需考慮高振型的影響確定危險(xiǎn)截面：裙座基底截面、裙座人孔處截面以及裙座與塔體焊縫處截面都是危險(xiǎn)截面計(jì)算危險(xiǎn)的地震彎矩： 0-0截面： 1-1截面： 2-2截面： 5.7各種載荷引起的軸向應(yīng)力1.計(jì)算壓力引起的軸向拉應(yīng)力2.操作質(zhì)量引起的軸向壓力應(yīng)力0-0截面： 1-1截面： 為裙座人孔處截面的面積為裙座人孔截面處裙座殼的內(nèi)直徑，為裙座人孔截面處水平方向的最大寬度為人孔或較大管線引出孔加強(qiáng)管的厚度為人孔或大管線引出孔加強(qiáng)管的厚度為裙座殼有效厚度 2-2截面：3.最大彎矩引起的軸向應(yīng)力最大彎矩中的較大值不計(jì)偏心彎矩計(jì)算截面的最大彎矩如下表;截面0-01-12-2各危險(xiǎn)截面的計(jì)算：0-0 1-1 式中為裙座人孔處截面的抗彎截面系數(shù)，由下式計(jì)算2-2 5.8筒體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核1.筒體的強(qiáng)度校核與穩(wěn)定性校核（1）強(qiáng)度校核 筒體危險(xiǎn)截面1-1處的最大組合拉應(yīng)力軸向許用應(yīng)力：式中K=1.2因?yàn)?故該塔滿足強(qiáng)度要求（2）穩(wěn)定性校核 筒體危險(xiǎn)截面2-2最大組合壓應(yīng)力許用軸向壓應(yīng)力：取其中較小值按照GB150鋼制壓力容器中規(guī)定，有 查相應(yīng)表格有 則取因?yàn)?故滿足穩(wěn)定性要求2.裙座的穩(wěn)定性校核 裙座危險(xiǎn)截面0-0及1-1處的最大組合軸向壓應(yīng)力由查相應(yīng)表格有則取因?yàn)楣蕽M足穩(wěn)定性要求5.9筒體和裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核(試漏)1.筒體水壓試驗(yàn)力校核（1）由試驗(yàn)壓力引起的環(huán)向應(yīng)力試驗(yàn)壓力因?yàn)楣蕽M足要求（2）由試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力（3）水壓試驗(yàn)時(shí)重力引起的軸向應(yīng)力（4）由彎矩引起的軸向應(yīng)力（5）最大組合軸向拉應(yīng)力校核 許用應(yīng)力：因?yàn)楣蕽M足要求（6）最大組合軸向壓應(yīng)力校核軸向許用壓應(yīng)力 取其中的較小值取因?yàn)楣蕽M足要求2.裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核（1）水壓試驗(yàn)時(shí)重力引起的軸向應(yīng)力（2）由彎矩引起的軸向應(yīng)力（3）最大組合軸向壓應(yīng)力校核 軸向許用應(yīng)力 取其中較小值取因?yàn)?故滿足要求5.10裙座和塔體的連接焊縫校核裙座與塔體的連接焊縫(對(duì)焊)按下式校核：故焊縫滿足要求5.11基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)1.基礎(chǔ)環(huán)尺寸 ?。?2.基礎(chǔ)環(huán)的應(yīng)力校核 取其中較大值（1）（2）取選用75號(hào)混凝土，其許用應(yīng)力為因?yàn)?故滿足要求3.基礎(chǔ)環(huán)厚度按有筋板時(shí)，計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)的厚度設(shè)地腳螺栓為，則查相應(yīng)的表格有：取基礎(chǔ)環(huán)材料的許用應(yīng)力則 基礎(chǔ)環(huán)厚度 取5.12地腳螺栓計(jì)算1.地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力 取其中較大值（1）（2）取2.地腳螺栓直徑 因?yàn)?，故此塔設(shè)備必須安裝地腳螺栓取地腳螺栓個(gè)數(shù) 地腳螺栓材料的許用應(yīng)力查表，取地腳螺栓為，個(gè)數(shù)，合用。塔的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表塔的名義厚度筒體 封頭 裙座塔的載荷及其彎矩質(zhì)量載荷 風(fēng)彎矩 地震彎矩 各種載荷引起的軸向應(yīng)力計(jì)算壓力引起的軸向應(yīng)力操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力 最大彎矩引起的軸向應(yīng)力 最大組合軸向拉應(yīng)力最大組合軸向壓應(yīng)力強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核強(qiáng)度校核滿足強(qiáng)度要求穩(wěn)定性校核滿足穩(wěn)定性要求滿足穩(wěn)定性要求滿足穩(wěn)定性要求水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力校核筒體滿足強(qiáng)度要求滿足強(qiáng)度要求滿足穩(wěn)定性要求裙座滿足穩(wěn)定性要求滿足穩(wěn)定性要求基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)尺寸 基礎(chǔ)環(huán)應(yīng)力校核 滿足要求連接焊縫校核塔體與裙座連接焊縫校核滿足要求地腳螺栓設(shè)計(jì)地腳螺栓直徑，個(gè)數(shù)第六章 附屬設(shè)備的計(jì)算及選型6.1貯罐1原料罐設(shè)原料在原料貯罐中的停留時(shí)間為1小時(shí)。裝料系數(shù)為0.9在時(shí)，查化學(xué)物性數(shù)據(jù)手冊(cè)知 平均密度為：又物料流量為故貯罐的容積為取原料罐的容積為2塔頂產(chǎn)品貯罐設(shè)停留時(shí)間為 裝量系數(shù)0.9由前面計(jì)算可知?jiǎng)t貯罐容積取塔頂產(chǎn)品貯罐的容積為3塔底產(chǎn)品貯罐設(shè)產(chǎn)品停留時(shí)間為，裝量系數(shù)為0.9由前面計(jì)算知：則貯罐容積取塔底產(chǎn)品貯罐的容積為4回流罐設(shè)回流液停留時(shí)間為 裝量系數(shù)為0.9由前面計(jì)算知回流液的體積流量為則回流罐的容積為取回流貯罐的容積為貯罐容積估算如下表序號(hào)名稱停留時(shí)間/容積/1原料罐1152塔頂產(chǎn)品罐483353塔底產(chǎn)品貯罐483504回流罐46.2換熱器1原料換熱器逆流的工作方式用表壓飽和蒸汽加熱，進(jìn)口 化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)可取由前知進(jìn)料液的溫度為定性溫度，此時(shí)苯的比熱容甲苯則熱負(fù)荷設(shè)吸收效率為0.9 有平均溫度差：則傳熱面積2塔頂冷凝器采用逆流的工作方式用水冷卻進(jìn)口溫度為 出口溫度水的定性溫度塔頂產(chǎn)物進(jìn)口溫度 出口溫度為塔頂產(chǎn)品的定性溫度為此時(shí)苯的摩爾汽化潛熱甲苯的摩爾汽化潛熱平均汽化潛熱又則平均溫度差：查相關(guān)手冊(cè)取則換熱面積為，取3塔底再沸器塔底采用立式熱虹吸再沸器加熱蒸汽為查表知溫度為由前面計(jì)算知塔底上升蒸汽流量為：查物性數(shù)據(jù)手冊(cè)有：甲苯在時(shí)的摩爾汽化潛熱為則熱負(fù)荷為：計(jì)算平均溫度差：依據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)傳熱系數(shù)計(jì)算換熱面積：，取計(jì)算釜液循環(huán)管的管徑取出口氣含率為15%釜液蒸汽質(zhì)量流量：則釜液循環(huán)質(zhì)量流量：取流速為則循環(huán)管徑為取循環(huán)管徑為塔釜返回蒸汽接管：取為參考文獻(xiàn)1 路秀林，王者相等.化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書（塔設(shè)備）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20042 GB150-1998鋼制壓力容器3.JB/T4710-2005鋼制塔式容器4 劉光啟，馬連湘，劉杰主編.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè).有機(jī)卷北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20025 夏清，陳常貴主編.化工原理.天津：天津大學(xué)出版社，20056 于永泗，齊民主編.機(jī)械工程材料.大連：大連理工大學(xué)出版社，20077 鄭津洋，董其伍，桑芝富主編.過程設(shè)備設(shè)計(jì).第二版.北京：化學(xué)化工出版社，20058 賈紹義，柴誠(chéng)敬主編.化工原理課程設(shè)計(jì).天津：天津大學(xué)出版社，20029 匡國(guó)柱，史啟才主編.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200110 中國(guó)石油集團(tuán)上海工程有限公司編.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè).第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003英文翻譯Chinese Jof ChemEng，9(2)141144(2001)Operation of a Batch Stripping Distillation Columnxu Songlin(許松林) ，Jose Espinosab，Hector ESalomoneb and Oscar AIribarrenba National Engineering Research Center for Distillation Technology，Tianjin University,Tianjin 300072，Chinab Institute for Development and Design INGAR ,Conicet，Santa Fe，ArgentinaAbstract A stripping batch distillation column is preferred when the amount of the light component in the feed is small and the products are to be recovered at high purityThe operation modes of a batch stripping are believed to be the same as those of a rectifier Howeverthe control system of a stripper is different In this paper，we explore three different control methods with Hysys(Hyprotech Ltd1997)for a batch stripperThe main difference is the control scheme for reboiler liquid level：(a)controlled by reflux flow；(b)controlled by reboiler heat duty；(c)controlled by bottom product flow The main characteristics of operating a batch stripper with different control scheme are presented in this paperGuidelines axe provided for the startup of a batch stripper，the effects of some control tuning parameters on the column performance are discussedKey words batch strippercontrolOperation1 INTRODUCTONBatch process is becoming more popular as chemical process industries move toward manufacturing fine and specialty chemicals，where flexibility is a key issue due to the frequent change of product demandBatch distillation columns are inherently flexible，as a single column call separate many different components from a multicomponent fe
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