乙醇水精馏浮阀塔设计计算说明书本科毕业设计.doc
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山东大学
课程设计(论文)
设计(论文)题目:
乙醇——水浮阀式精馏塔设计
姓名
学院机械工程学院
专业过程装备与控制工程
年级2012级
指导教师
2015年12月31日
乙醇-水精馏浮阀塔设计计算说明书
目录
目录
摘要 IV
Abstract V
第一章绪论 -1-
1.1设计背景 -1-
1.2设计任务 -1-
1.1.1设计任务概述 -1-
1.1.2设计任务书 -2-
1.3设计方案 -2-
第二章塔总体结构设计 -3-
2.1总体结构 -3-
2.2主体尺寸 -3-
2.2.1塔高 -3-
(注:
H指从基础环到上封头切线高度) -5-
2.2.2设计参数及材料指标 -5-
2.2.3壁厚 -5-
2.3总结 -6-
第三章塔盘设计与校核 -7-
3.1塔盘型式设计 -7-
3.2塔盘的结构设计 -7-
3.2.1塔盘结构 -7-
3.2.2浮阀 -7-
3.2.3受液盘 -7-
3.2.4排液孔 -8-
3.2.5降液板 -8-
3.2.6入口堰 -8-
3.2.7出口堰 -8-
3.2.8液封盘 -9-
3.3塔盘的校核 -9-
3.3.1塔盘载荷计算 -9-
3.3.2塔盘边板强度校核 -10-
3.3.3通道板的强度校核 -13-
3.4总结 -15-
第四章塔设备的强度设计与稳定校核 -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 -19-
4.1.3地震载荷 -22-
4.1.4偏心弯矩 -25-
4.1.5计算截面处载荷 -25-
将上述各截面的计算结果汇总于下表 -25-
4.1.6最大弯矩 -26-
4.2筒体的强度及稳定校核 -27-
4.2.1操作工况 -27-
4.2.2液压实验 -29-
4.3裙座壳体轴向应力校核 -30-
4.3.1裙座底部截面的校核 -30-
4.3.2检查孔中心截面的校核 -31-
4.4本章小结 -33-
第五章塔附件设计 -35-
5.1保温层与保温圈 -35-
5.1.1保温层 -35-
5.1.2保温圈 -35-
5.2裙座 -35-
5.2.1裙座形式及材料 -35-
5.2.2裙座与封头连接结构 -36-
5.2.3地脚螺栓座 -36-
5.2.4排气管 -36-
5.2.5塔底接管引出孔 -37-
5.3塔顶吊柱 -37-
5.4除沫器 -37-
5.5操作平台与梯子 -38-
5.5.1操作平台 -38-
5.5.2梯子 -39-
5.6本章小结 -42-
第6章裙座强度校核 -43-
6.1基础环强度校核 -43-
6.1.1基础环尺寸 -43-
6.1.2基础环强度校核 -43-
6.2地脚螺栓座强度校核 -44-
6.2.1筋板强度校核 -45-
6.2.2盖板强度校核 -46-
6.3裙座与筒体对接焊缝强度校核 -46-
6.4本章小结 -47-
第7章开孔及开孔补强设计 -48-
7.1开孔补强设计 -48-
7.1.1气体出口补强设计 -48-
7.1.2气体入口补强设计 -50-
7.1.3液体出口补强设计 -52-
7.1.4人孔补强设计 -54-
7.2接管及法兰选型 -56-
7.3本章小结 -58-
参考文献 -59-
谢辞 -60-
摘要
在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门,塔设备是一种重要的单元操作设备,它广泛应用于蒸馏、吸收、气提、萃取、气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中。
而在这之中,浮阀塔因其优良的性能成为当今应用最广泛的塔型之一。
本次设计以《化工设备设计手册》、NB47041-2014《塔式容器》、GB150-2011《压力容器》、《塔设备》等为主要依据,综合考虑设计条件对塔总体结构、塔盘结构、附件结构、载荷分析、强度校核等几个方面进行了设计计算;并绘制装配图和零件图。
关键词:
浮阀塔;设计;校核
Abstract
Thetowerequipmentisanimportantunitoperationequipmentinthechemicalindustry,oilrefining, pharmaceutical, food and environmentalprotection andotherindustrialsectors.Itiswidelyusedindistillation,absorption,extraction,gaslift,gaswashing,humidificationcoolingandotherunitoperations.Andinthis,thefloatvalvebecameoneoftoday’smostwidelyusedtowertypeduetoitsexcellentperformance.
Thedesignmainlybasedonthe“ChemicalEquipmentDesignManual”,NB47041-2014“TowerContainer”,GB150-2011“PressureVessel”and“TowerEquipment,consideringthedesignconditionstodesignandcalculateseveralaspects,includingtheoverallstructureofthetower,thestructureoftray,hestructureofaccessory,loadanalysis,strengthcheckandsoon;anddrawassemblyandpartsdrawings.
Keyword:
Floatingvalvetower;design;check
V
第一章绪论
本章主要对本次课程设计的内容进行简单叙述,介绍设计的背景,给出并分析设计任务,确定设计方案。
1.1设计背景
在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门,塔设备是一种重要的单元操作设备,它广泛应用于蒸馏、吸收、气提、萃取、气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中,它的操作性能好坏,对整个装置的生产,产品产量、质量、成本以及环境保护、“三废”处理等都有较大的影响。
随着石油、化工的迅速发展,塔设备的合理造型及设计将越来越受到关注和重视。
浮阀塔是塔设备中应用较多的一种类型,它是在20世纪50年代前后开发和应用的,并在石油、化工等工业部门代替了传统使用的泡罩塔,成为当今应用最广泛的塔型之一,并因具有优异的综合性能,在设计和选用塔型时常是被首选的板式塔。
浮阀塔的优点:
生产能力大,比泡罩塔提高20-40%;操作弹性大,塔板效率变化小;效率高,气液接触好,雾沫夹带小;重量轻,造价低,仅为泡罩塔的60-80%。
1.2设计任务
本节对本次设计的设计任务进行了简要介绍,并以表格的形式给出了设计任务书。
1.1.1设计任务概述
精馏塔设备设计包括工艺设计和机械设计两部分,本次设计是在《化工原理课程设计》即工艺设计基础上进的机械设计。
依据工艺设计参数及使用条件等,从制造、安装、使用、检修等出发,进行结构的设计,并对其强度、刚度、稳定性等进行校核,以保证设备的安全运行。
1.1.2设计任务书
表1-1设计任务书
1.3设计方案
本设计主要依据《化工设备设计手册》、NB47041-2014《塔式容器》、GB150-2011《压力容器》、《塔设备》等进行以下方面的设计:
塔的总体结构设计、塔盘结构设计与校核、塔体载荷分析、塔体校核计算、塔设备零部件设计、地脚螺栓座校核计算、塔体开孔与补强设计等。
下面将针对以上内容逐章节展开。
第二章塔总体结构设计
本章主要对塔的总体结构进行初步的设计,确定塔大致结构,并参考《塔设备》、《过程设备设计》等文献确定塔的主体尺寸如塔高、壁厚等。
2.1总体结构
该设计主体塔的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
本节主要根据《塔设备》、《过程设备设计》等文献确定塔的高度、壁厚等主体尺寸。
2.2.1塔高
本条主要是根据《塔设备》等书确定塔、筒体等部分的高度。
2.2.1.1封头高度
封头为椭圆标准封头。
塔内径,取直边段高度为。
由文献[1,13~14]可知,封头深度为,其结构形式如图2-1所示。
图2-1椭圆标准封头
2.2.1.2塔顶空间
塔顶空间是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离。
为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量,顶部空间一般取1.2~1.5m。
此次设计中,塔顶空间取值为。
2.2.1.3人孔布置
在塔顶空间、精馏段、进料板处、塔底空间各布置一个人孔,即人孔数目。
2.2.1.4塔板间距
根据设计条件可得,普通塔板间距为,人孔处塔板间距为。
对于进料板处,此处开人孔,故塔板间距也为700mm。
2.2.1.5塔底空间
塔底空间是指塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线处的距离。
由设计条件可得,塔底液柱高度为2000mm;塔底液面至最下层塔板之间留1~2m的间距,本次设计取为1375mm,则塔底空间高度为
2.2.1.6裙座高度
由设计条件可得,裙座高为
2.2.1.7塔体总高
(注:
H指从基础环到上封头切线高度)
2.2.1.8塔主体高
2.2.2设计参数及材料指标
设计压力,设计温度取,塔底液柱静压力为0.02Mpa。
由于0.02Mpa<5%×0.9Mpa,故液柱静压力可忽略不计。
根据设计条件,筒体和封头材料均为16MnR(Q345R),由文献[3,43],假设壁厚为3~16mm,设计温度t=120℃下,材料的许用应力,。
2.2.3壁厚
本条主要根据《过程设备设计》等书确定筒体、封头的壁厚。
2.2.3.1筒体壁厚
由文献[3,13~14]可知,焊接接头系数可取。
由文献[4,1]可知,B类偏差固定负偏差为;由文献[5,115]可知,腐蚀裕量可取。
筒体计算厚度为
(2-1)
筒体设计厚度为
设计厚度加上厚度负偏差,并进行圆整,取筒体名义厚度为
筒体有效厚度
2.2.3.2封头壁厚
焊接系数,厚度负偏差,腐蚀裕量。
封头计算厚度为
(2-2)
封头设计厚度
设计厚度加上厚度负偏差,并进行圆整,取封头名义厚度为
封头有效厚度
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