丙烯丙烷精馏塔的机械设计Word文档下载推荐.docx
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结构
III
Contents
.
Abstract I
1前言 1
1.1塔设备的现状与发展 1
1.2塔设备的分类及一般构造 1
1.3塔设备的材料 2
1.4简述本设计中选用的塔板形式——浮阀塔 2
2塔的机械强度设计 4
2.1主要设计条件及工艺参数 4
2.2选择材料 4
2.3按计算压力计算筒体和封头的壁厚 4
2.4塔的质量载荷计算 4
2.4.1塔壳和裙座的质量 4
2.4.2塔内构件质量 5
2.4.3人孔、法兰、接管与附属物的质量 5
2.4.4保温材料质量 5
2.4.5平台、扶梯质量 5
2.4.6操作时塔内物料质量 5
2.4.7充水质量 5
2.4.8全塔操作质量 6
2.4.9全塔最小质量 6
2.4.10全塔最大质量 6
2.5塔的自振周期计算 6
2.6 地震载荷计算 7
2.7风载荷计算 8
2.7.1风力计算 8
2.7.2风弯矩计算 9
2.7.3各种载荷引起的轴向应力 10
2.8筒体和裙座危险截面的强度和稳定性校核 11
2.8.1筒体的强度与稳定性校核 11
2.8.2裙座的稳定性校核 11
2.9筒体和裙座水压试验应力校核 11
2.9.1筒体水压试验应力校核 11
2.9.2裙座水压试验应力校核 12
2.10基础环设计 13
2.10.1基础环尺寸 13
2.10.2基础环应力校核 13
2.10.3基础环厚度 13
2.11地脚螺栓设计 13
2.11.1地脚螺栓承受的最大拉应力 13
2.11.2地脚螺栓直径 13
2.12补强计算(此处只对人孔进行补强计算) 15
2.12.1部分参数:
15
2.12.2补强及补强方法判断 15
2.12.3有效补强范围 15
2.12.4有效补强面积 15
2.12.5计算结果 15
3标准化零部件的选择 17
3.1塔体人孔设计 17
3.2裙座人孔设计 17
4辅助装置及附件 18
4.1丝网除沫器的结构 18
4.2进出料接管 18
4.2.1进料管和回流管 18
4.2.2塔底出料管 18
4.2.3气体进出口管 18
4.3管法兰 18
5.4吊柱 18
5.5保温结构 18
总结 19
参考文献 20
附录A主要符号说明 21
致谢 22
塔的机械设计
1前言
塔设备是石油化工等生产中的重要设备之一。
它是很重要的一种传质分离设备,可使气液或液液两相在塔中达到很好的分离效果。
在塔设备中可完成精馏、吸收、萃取等单元操作。
在化工厂中,塔设备的性能好坏对整个装置的正常运行及产品质量都有很大的影响,因而各个化工厂对塔设备技术的改进尤其重视。
其次,塔设备对整个系统的用能,环保及设备投资费用都具有极其重要作用,这些因素都促使了塔设备的较快发展。
1.1塔设备的现状与发展
从塔设备用于工业规模的生产至今,经历了泡罩塔,填料塔,筛板塔,浮阀塔等。
泡罩塔是化学工业中使用最早的一种典型的鼓泡型板式塔。
是在1913年由Celier提出的。
使用以来,在蒸馏、吸收等两相传质中占有主导地位。
工业规模的填料塔适于1881年的蒸馏操作中,到1904年才用于炼油工艺。
20世纪初,随着工业化的不断发展,塔设备在炼油工业和石油化工工业中得到了广泛的应用,并且积累了有关设计、制造、安装等方面的经验。
当时炼油工业中仍以泡罩塔为主,无机反应工业中则以填料塔为主。
20世纪中期,为了适应各种化工产品的生产和发展,不仅需要新建大量的塔,还得对原有的塔设备进行技术改造,因而出现了一批能适应各方面要求的新塔型。
同时,填料塔也进入一个新的发展阶段,各种新型填料不断出现,其中相继出现的填料有:
帕纳帕克填料,古德洛填料,麦克马洪填料,矩鞍型填料等新型填料。
从六十年代起,为了满足设备大型化以及化工工艺方面提出的高压,减压,高操作弹性等特殊要求,又出现了很多新型塔盘,但按其结构特点,仍属泡罩,筛板,浮阀,舌型等几种典型塔型的改进或相互结合。
这一时期,新型填料同时也取得了较多的发展。
新型填料如:
阶梯环填料,多角螺旋填料,海佐涅尔填料,重叠式丝网波段板填料等。
进入本世纪70年代以后,人们逐渐认识到塔盘的效率并不取决于塔盘的结构,而主要取决于物系的性质,如相对挥发度,黏度等,因而塔设备的发展已转向“要求在提高处理能力和简化结构”的前提下,保持一定的操作弹性和压力降,并尽量提高塔盘的效率。
而对于新型填料的研究,则希望找到有利于气液分布均匀,高效和制造方便的填料。
1.2塔设备的分类及一般构造
塔设备经过长期的发展,到目前为止已经形成了形式繁多的结构,以满足各方面的特殊要求。
按单元操作可分为:
精馏塔,吸收塔,萃取塔等;
按操作压力可分为:
常压塔,减压塔,高压塔;
应用最多的分类是按塔的内件结构可分为:
板式塔和填料塔。
在板式塔中,塔内装有一定数量的塔盘,气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层从而使两相密切接触,从而进行传质。
两相组成随塔高呈阶梯变化。
从总体情况来看,板式塔的用量在目前最多。
在填料塔中,塔内装有一段的填料,在塔内液体沿填料表面呈膜状向下流动,而气体则自下而上流动,液体在填料表面逆流传质,两相组成沿塔高连续变化。
这种塔,填料的性能对整个塔的分离效果有极其重要的作用,因而填料塔的发展也取得了较大的突破。
按板式塔的塔盘结构和填料塔所用的填料,可将塔细分为多种塔型,但塔设备的构件中,除了种类繁多的各种内件外,其余构件则大致相同。
塔设备的主要构件主要有:
1.塔体:
塔体是塔设备的外壳。
常见的塔体是等直径等厚度的圆筒和椭圆形封头构成。
但随着塔技术的日益完善,不同直径不等厚度的塔体也得到了广泛应用。
2.支座:
塔体支座是塔体与基础之间的连接部分。
它必须保证塔体在确定的位置上进行正常操作。
塔体支座应当具有足够的刚度和强度以承受各种载荷。
塔体的支座最常用的是裙式支座,简称裙座。
3.接管:
接管主要用于连接工艺管线,将塔设备与其它设备连成系统。
塔设备的接管一般有:
进料管,釜液管,回流管,通气管,出气管和仪表接管等。
4.人孔和手孔:
人孔和手孔一般是为了检修,安装的需要而设置的。
人孔和手孔都有其制造标准。
5.吊耳:
吊耳主要用在塔设备的运输、安装过程中。
6.吊柱:
塔顶的吊柱主要是为了在检修和安装时,方便塔内构件的运送。
1.3塔设备的材料
塔设备绝大多数采用钢材制造,这是由于钢材具有足够强度和塑性,制造性能较好,同时钢的使用经验也比较丰富。
这些性能在大型塔设备中的优越性更加明显。
有些场合为了满足腐蚀性介质或低温等特殊要求,塔设备也采用有色金属材料或非金属耐腐蚀材料。
但用此类材料制成的塔设备塔径一般都不大,当尺寸较大时,就必须在塔外用钢架结构加强。
塔设备内件的选材相对比较余地更大。
板式塔中的塔盘、浮阀、泡罩等气液接触元件,由于结构较复杂,同时为了满足安装工艺和使用方面的要求,大多数仍采用钢材为主,以其它材料为辅。
至于填料的用材,每一种形式的填料都有一定的材料,在使用时直接购买即可。
以上只是选材的一般规律,对于具体的塔摄备,应根据塔设备的具体使用条件及外部环境选材,以满足使用要求。
1.4简述本设计中选用的塔板形式——浮阀塔
浮阀塔综合了前两者的优点,取消了结构复杂的上升管和泡罩。
为避免堵塞和漏液过多,塔板上开孔比较大(标准直径为39mm),每个孔还装有可以上下浮动的浮阀。
浮阀的开度可根据气体通过阀孔的气速自动调节。
当气体负荷较低时,浮阀的开度较小,漏液量不多;
气体负荷较高时,浮阀开度较大,阻力又不至于增加过多大,所以这种塔板操作弹性大,阻力比泡罩塔板大为减小,其生产能力大于泡罩塔板。
另外,这种塔板的效率也较高。
其主要缺点是浮阀使用过久后,由于频繁活动而易脱落或被卡住,操作失常。
常用的浮阀有F1型和V4型两种,后者常用于减压塔。
此外,浮阀还有条形型式的浮阀,如条形浮阀、方形浮阀和导向浮阀等,其性能较常规浮阀有所改进,在工业上得到了应用和推广。
本设计选用F1型浮阀。
2塔的机械强度设计
2.1主要设计条件及工艺参数
表2.1机械设计条件
主要工艺参数
数据
主要结构参数
塔体内径D/mm
1800
1塔体上每隔8m左右开设一个人孔,共6个人孔
2相应人孔处安装操作平台,平台宽B=900mm,单位质量150kg/m3
3塔体外表面保温层厚度塔体外表面保温层厚度δs=100mm,保温材料密度ρ2=300kg/m3
4塔器设置地区基本风压值q0=500N/m2
5地震烈度为7度
6场地土为Ⅱ类场地土
7支座为ф1800/ф2400,高度为Hs=5m的圆锥形裙座
8塔体焊接接头系数ф=0.85,塔体与裙座对接焊接
9塔体与封头的壁厚附加量取C=2mm,裙座的壁厚附加量取C=2mm
塔高H/mm
47150
计算压力Pc/MPa
2.75
操作温度t/℃
-19
塔板数Np
84
塔板上清液层高度hL/mm
70
液相介质密度
ρL/(kg/m3)
404
2.2选择材料
筒体与封头材料选用16MnR,裙座材料选用16MnR,材料的有关性能参数如下:
16MnR[σ]t=163MPa,[σ]=163MPa,σs=325MPa
E=1.9*105MPa
2.3按计算压力计算筒体和封头的壁厚
筒体
封头,采用标准椭圆封头
加上壁厚附加量C=2mm,并圆整,还应考虑刚度、稳定性及多种载荷等因素,取筒体、封头、和裙座的名义厚度Sn均为24mm,Se=Sn-C=24-2=22mm。
2.4塔的质量载荷计算
2.4.1塔壳和裙座的质量
(1)圆筒质量
塔体圆筒总高度Ho=47.15-5-0.5=41.65m
(2)封头质量
查得,DN1600壁厚24mm的椭圆形封头的质量为714.74kg,则
(3)裙座质量
裙座尺寸dis=1800mm,dos=1848mm,Dis=2400mm,Dos=2480mm,Dim=2100mm,Dom=2148mm
2.4.2塔内构件质量
查表得浮阀塔盘质量为75kg/m2
2.4.3人孔、法兰、接管与附属物的质量
2.4.4保温材料质量
为封头保温层质量(取保温层厚度=100mm)。
2.4.5平台、扶梯质量
式中
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- 丙烯 丙烷 精馏塔 机械设计