Φ2600丙烯精餾塔設計
Φ2600丙烯精餾塔設計,丙烯,精餾塔,設計
畢業(yè)設計(論文)任務書
學 院： 機械工程學院
題 目： Φ2600丙烯精餾塔設計
起止時間： 2011 年 1月 6日至 2011年 5月31 日
學 生 姓 名： 馬秀超
專 業(yè) 班 級： 過控072
指 導 老 師： 段小林
教研室主任： 歐陽八生
院 長： 邱 長 軍
2011年 1月 6 日
設計（論文）內(nèi)容及要求：
一、 已知設計參數(shù):
操作壓力 17.5atm（表）
操作溫度 51℃
入塔物料 丙烯
塔高50.5米，塔徑2.6米
塔類型 板式塔
環(huán)境 衡陽室外
二、設計內(nèi)容及設計工作量要求：
（1）按所給設計參數(shù)完成丙烯塔的施工圖設計；
（2）繪制設計圖紙總計3張零號以上，其中要求手工繪圖1張壹號以上；
（3）設計說明書字數(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)設計有關的英文資料；
（5）撰寫相當于3百漢字的英文摘要。
三、主要參考資料：
《化工設備設計全書（塔設備）》
《化工原理》
《化工工藝設計手冊》
GB150-1998《鋼制壓力容器》
指導教師： 年 月 日
畢業(yè)設計(論文)
題 目 Φ2600丙烯精餾塔設計
學院名稱 機械工程學院
指導教師 段 小 林
職 稱 講 師
班 級 過控072班
學 號 20074420237
學生姓名 馬 秀 超
2011年05 月 28 日
畢業(yè)設計(論文)任務書
學 院： 機械工程學院
題 目： Φ2600丙烯精餾塔設計
起止時間： 2011 年 1月 6日至 2011年 5月31 日
學 生 姓 名： 馬秀超
專 業(yè) 班 級： 過控072
指 導 老 師： 段小林
教研室主任： 歐陽八生
院 長： 邱 長 軍
2011年 1月 6 日
南華大學本科生畢業(yè)設計開題報告
設計題目
Φ2600丙烯精餾塔設計
設計題目來源
自 選
設計題目類型
工程設計
起止時間
2011/1/04~2011/5/31
一、設計依據(jù)及研究意義：
丙烯是制造聚丙烯、丙烯酸酯、環(huán)氧氯丙烷、異辛醇等塑膠原料及聚丙烯晴等人造纖維或其他石化品之主要原料。其中用來制造汽油占大多數(shù)，在化學品用途中約有25%是用來制造其衍生物－聚丙烯；另外亦多應用在制造環(huán)氧丙烷、異丙醇、異丙苯和丙烯月青等等，一般人所熟知的許多消費性商品如地毯、捆帶、汽車零件塑膠、玩具、漆料等，都是由丙烯制造出。
二、設計主要研究的內(nèi)容、預期目標（技術方案、路線）：
本次設計的是丙烯精餾塔。設計包括的主要內(nèi)容：物料衡算、熱量衡算、塔設備的工藝設計（塔內(nèi)徑、塔高、封頭、填料、進出口接管及裙座等）等。并對其進行強度計算及校核，繪制圖紙等。技術方案及路線：首先進行物料衡算和熱量衡算，然后進行塔設備的尺寸計算，最后進行強度計算和校核。
三、設計的研究重點及難點：
重點是：：
物料衡算、熱量衡算和塔設備的尺寸計算和確定以及強度計算和校核。
難點是：
一、其難點為塔內(nèi)的物料及熱量衡算，并對其進行比較準確的計算。
二、由于本次設計的塔是滿足常壓下大能力的生產(chǎn)，其難點是對塔高、塔內(nèi)徑以及壁厚等進行比較優(yōu)化的設計。
三、由于本次設計的塔為高壓塔而且考慮了各種載荷，其難點是對塔體以及一些塔內(nèi)件的強度計算及校核。
四、設計研究方法及步驟（進度安排）：
1月4日至1月8日：了解我們所要設計的試驗裝置，為進行設計做準備；
1月8日至1月17日：查閱資料，找設計依據(jù)，理出設計思路；
3月1日至4月10日：算數(shù)據(jù)，求得設計的各種依據(jù)；
4月11日至5月12日：設計，畫出設計圖紙；
5月13日至5月26日；整理圖紙，進行打印。寫出設計說明書并校核。
5月26日至5月29日：準備答辯。
五、進行設計所需條件：
1、要有充分的資料（在圖書館查閱與尿素合成相關的書籍，進行篩選，選出有用的信息）。
2、設計所需設計方法、軟件、工具等。
六、指導教師意見：
簽名： 年 月 日
南華大學機械工程學院畢業(yè)設計
Φ2600丙烯精餾塔設計
摘要：本次設計的是丙烯精餾塔，設計內(nèi)容包括：選定精餾方案；進行精餾塔的工藝計算、結構設計和附屬設備的選型；將設計結果編寫成設計說明書，并繪制設計圖紙，翻譯英文文獻以及撰寫摘要。本項設計內(nèi)容的基本要求是：對任務書中已經(jīng)規(guī)定的塔型、操作條件以及所采用的回流方式等須簡要論證其依據(jù)，對流程安排中合理利用熱能的可能性須作簡單分析、并繪制簡單的流程圖。
必須注意，設計開始通常只能對流程作初步安排，待整個計算完成后再作進一步的修正，并作較全面的論述，繪制帶控制點的流程圖。
工藝計算的主要內(nèi)容是：
物料衡算——確定產(chǎn)品的質(zhì)量、收率、流量；
確定操作條件——塔主要部位的壓力和溫度；
精餾計算——根據(jù)相平衡數(shù)據(jù)和分離要求確定回流比，計算板式精餾塔的實際板層數(shù)（或填料塔的填料高度），確定加料位置。
關鍵詞：丙烯；精餾；工藝設計；塔設備
Abstract: What this design is the propylene rectifying tower, the design content includes: Designates the selective evaporation plan; Carries on the rectifying tower the process design, the structural design and appurtenance's shaping; Will design the result to compile the design instruction booklet, and draws up the design paper, the translation English literature as well as the composition abstract. This design content's essential requirements are: The tower which already stipulated to the project description, the operating condition as well as select the backflow method and so on to prove its basis briefly, must make the simple analysis reasonably to the flow arrangement in using the heat energy possibility, and draws up the simple flow chart. Must pay attention, the design starts usually only to be able to make the preliminary arrangement to the flow, after treating the entire computation completes, makes the further revision again, and makes the comprehensive elaboration, draws up the belt control point the flow chart.
The process design's primary coverage is:Material balance - - determination product quality, receiving rate, current capacity; Determination operating condition - - tower main spot pressure and temperature; Selective evaporation computation - - basis phase equilibrium data and separation request determination reflux ratio, computation beat rectifying tower actual plate layer (or absorption chamber padding highly), determination feeding position.
key words: Propylene；selective evaporation；technological design；tower equipment
目 錄
引言 1
1 塔盤設計 2
1.1 塔型選用 2
1.2 板間距HT 3
1.3 塔徑計算 4
1.3.1 精餾段塔徑D1 4
1.3.2 提餾段塔徑D2 6
1.3.3 總體塔徑D 9
1.4 塔盤結構設計 9
1.4.1 類型選用 9
1.4.2 降液裝置設計 10
1.4.3 標準塔盤選用及浮閥數(shù)排列 13
2 總體設計 14
2.1主要尺寸、參數(shù) 14
2.1.1 人孔 14
2.1.2 加料板空間高度Hf 15
2.1.3 塔頂部空間高度Ha 15
2.1.4 塔底部空間高度Hb 15
2.1.5 支座高度Hs 15
2.1.6 封頭 15
2.1.7 總高 15
2.2 接管設計 15
2.2.1主管徑計算、選取 15
2.2.2 儀表、控制、報警等公用系統(tǒng)接管選用 19
2.2.3 接管結構設計 19
2.3 裙座結構設計 22
2.3.1 類型選用 22
2.3.2 材料 22
2.3.3 與封頭連接處的焊接結構 22
2.3.4 裙座上人孔、排氣孔、釜液出口接管及再沸器入口接管引出管通道 22
2.3.5 螺栓、環(huán)板、蓋板、筋板設置 22
2.3.6 裙座內(nèi)的梯子設計 23
2.3.7 保溫層、防火層 23
2.4 塔體內(nèi)部構件設計 23
2.4.1 塔釜結構 23
2.4.2 塔盤及支撐、連接結構 23
2.4.3 出口堰，受液盤，槽，液封，降液裝置 24
2.4.4 梯子 24
2.5 塔體外部結構設計 24
2.5.1 吊柱 24
2.5.2 吊耳 25
2.5.3 操作平臺 25
2.5.4 塔體外部扶梯設置 26
2.5.5 人孔、接管 27
2.6 保溫層，防火層 27
2.6.1 材料 27
2.6.2 防火層設計 27
2.6.3保溫層設計 28
2.7 主要焊縫坡口設計 29
2.7.1 筒體環(huán)、縱焊縫 29
2.7.2 封頭、圓筒對接焊接 （A類） 29
2.7.3 接管與筒體、封頭焊接坡口 29
2.7.4 裙座與封頭對接焊坡口 30
2.7.5 冷凝器和再沸器的設計 30
3 強度設計 31
3.1 厚度計算 31
3.1.1 筒體 31
3.1.2 橢圓封頭 32
3.2 塔體強度和穩(wěn)定性校核 33
3.2.1 塔體自重 33
3.2.2 自振周期計算及共振可能性判斷 36
3.2.3 風載荷 37
3.2.4 地震載荷 38
3.2.5 組合彎矩 40
3.2.6 偏心載荷 42
3.3 裙座和塔殼體連接焊縫的強度校核 43
3.4 裙座強度和穩(wěn)定性校核 44
3.4.1 正常操作狀態(tài) 44
3.4.2 水壓試驗狀態(tài) 45
3.5 地腳螺栓設計計算 46
3.5.1 基礎環(huán)接觸應力 46
3.5.2 地腳螺栓設計計算 47
3.5.3 地腳螺栓座及基礎環(huán) 47
3.6 開孔補強計算 49
3.7 人孔法蘭校核 50
參考文獻 54
謝 辭 55
文獻翻譯 56
iv
引言
石油是發(fā)展國民經(jīng)濟和建設的主要物質(zhì)，產(chǎn)品種類繁多，用途極廣。精細化工的產(chǎn)生和發(fā)展與人們的生活和生產(chǎn)活動緊密相關。我國的有機化工原料工業(yè)起步較晚，隨著新油田的相繼開發(fā)和新煉油廠的陸續(xù)建設，與此同時，對天然氣資源的利用，也取得了長足進展。
丙烯是重要的化工原料，美國將生產(chǎn)量的二分之一用于制造化工產(chǎn)品，余下的大部分則與異丁烷反應制造汽油中所需要的烷化物。由丙烯可以得到大量的化工產(chǎn)品，如聚丙烯、丙烯酸、丙烯腈、環(huán)氧丙烷、丙酮等。
近年來，由于丙烯下游產(chǎn)品的快速發(fā)展，極大的促進了中國丙烯需求量的快速增長。到2010年，中國將不斷新增大型乙烯生產(chǎn)裝置，同時煉廠生產(chǎn)能力還將繼續(xù)擴大，這將增加丙烯的產(chǎn)出。
當前各煉廠的氣體分離裝置大部分仍然采用精餾分離。蒸餾是分離液體混合物的典型單元操作，其基本原理是利用
被分離的各組分的揮發(fā)度不同，即各組分在同一壓力下具有不同的沸點將其分離的。
塔設備是能夠?qū)崿F(xiàn)蒸餾的氣液傳質(zhì)設備，廣泛應用于化工、石油化工、石油等工業(yè)中，其結構形式基本上可以分為板式塔和填料塔兩大類。板式塔用途較廣，它是逐級接觸式的氣液傳質(zhì)設備。浮閥塔的優(yōu)點是：生產(chǎn)能力大、操作彈性大、塔板效率高、氣體壓強降及液面落差較小、塔的造價低。浮閥塔已成為國內(nèi)應用最廣泛的塔型。
1 塔盤設計
1.1 塔型選用
板式塔種類多，根據(jù)塔板上氣液接觸元件的不同，可分為篩板塔、舌形塔、穿流多孔塔板、浮動噴射塔等多種。隨著石油、化學工業(yè)的迅速發(fā)展，又開發(fā)使用了一些新型塔板，如斜孔塔板、S 型板、導向篩板、網(wǎng)孔篩板、大孔篩板、浮閥-篩板復合塔板、旋流塔板、旋葉塔板、角鋼塔板等。目前精餾過程常用的板式塔為浮閥塔、篩板塔和泡罩塔，前兩者使用尤為廣泛。由于浮閥塔具有下述特點，從而得以廣泛應用：
1.處理能力大，生產(chǎn)能力比圓形泡罩塔提高20~40%，接近于篩板塔。
2.操作彈性大，因為浮閥開度可自由變化，氣縫速度幾乎不變，在較寬的流量范圍內(nèi)包成較高的效率，其操作彈性可達到5~9,比篩板、泡罩和舌型塔盤大許多。
3.板效率高，由于氣液接觸良好，蒸汽以水平方向吹入液層，氣液充分接觸，霧沫夾帶少，板效率可以比泡罩塔高15%。
4.塔板壓降小，氣流通過浮閥時，只有一次收縮、擴大及轉彎，故塔板壓力降比泡罩塔低。在常壓塔中每層塔板的壓力降一般為400~666.6 Pa，由于壓力降小，降液管中積液高度較小，加上霧沫夾帶也較少，故塔板間距可以縮小。
5.液面落差較小，浮閥形狀簡單，可降低液面落差，因而蒸汽分布較均勻。
6.操作周期較長，由于閥盤大多用不銹鋼制造，加之閥片不停的浮動所以不易積垢堵塞，故操作周期較泡罩塔長，清理液省工時。
7.結構較簡單，與泡罩相比，浮閥閥片的制造安裝容易，且省料，故制造費用僅為泡罩塔盤的60%~80%。
根據(jù)浮閥塔的上述特點，以及文獻【6】關于各種塔盤在相對塔板效率、塔板壓降、生產(chǎn)能力、操作彈性方面的比較，可選用浮閥塔。具體流程圖如下：
圖1.1 精餾塔的工藝流程簡圖
工藝流程：原料液由高位槽經(jīng)過預熱器預熱后進入精餾塔內(nèi)。操作時連續(xù)的從再沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品(釜殘液)再沸器中原料液部分汽化,產(chǎn)生上升蒸汽,依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝,然后進入貯槽再經(jīng)過冷卻器冷卻。并將冷凝液借助重力作用送回塔頂作為回流液體,其余部分經(jīng)過冷凝器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。為了使精餾塔連續(xù)的穩(wěn)定的進行,流程中還要考慮設置原料槽。產(chǎn)品槽和相應的泵,有時還要設置高位槽。為了便于了解操作中的情況及時發(fā)現(xiàn)問題和采取相應的措施,常在流程中的適當位置設置必要的儀表。比如流量計,溫度計和壓力表等,以測量物流的各項參數(shù)。
1.2 板間距HT
氣液負荷和塔徑一定，增加板間距可減少霧沫夾帶并提高操作彈性，但塔高的增加，會增加金屬消耗量，增加塔基、支座等的負荷，從而增加全塔的造價。板間距與塔徑之間的關系，應通過流體力學驗算，權衡經(jīng)濟效益，反復調(diào)整，作出最佳選擇。選用HT時應考慮到如下幾點：
a. HT直接影響塔盤、塔徑。一定生產(chǎn)任務下采用較大板間距能允許較高的空塔氣速，故塔徑可減少，但塔高要增加，如果采用較小板間距只能允許較低空塔氣速，塔徑需增大，但同時又可降低塔高，板數(shù)較多時，往往采用較小板間距，適當加大塔徑以降低塔高，因而實際選用時常需做經(jīng)濟權衡。
b.HT對板效率也有影響，在一定的氣液負荷和塔徑的條件下，增加板間距可使霧沫夾帶降低，對易起泡物系HT應取大，以保證分離效果。
c.對操作彈性也有影響，如果生產(chǎn)負荷過大時，應取較大HT以提高操作彈性。
d.考慮安裝、檢修的需要，如在塔體人孔處應有足夠工作空間，該處HT不小于600 mm。
綜合上述特點，考慮本塔操作物料的氣泡特點，生產(chǎn)負荷等，非塔體人孔處板間距HT=600 mm,有人孔處HT=800 mm。
1.3 塔徑計算
塔徑的計算方法有兩類：一類是根據(jù)適宜的空塔氣速，求出塔徑；另一類是先確定適宜的孔數(shù)，定出每塊塔板上所需孔數(shù)，進行孔的排列后得到塔徑。
1.3.1 精餾段塔徑D1
1.3.1.1 精餾段上升蒸汽體積流量 VS:
因為塔頂與進料口溫度相差大，且分子量很相近，可用塔頂作為設計基準。各組分臨界性質(zhì)見下表【1.1】。另外，因為該混合氣中0.5＜＜2，混合規(guī)則采用kay法則【5】以求解混合氣體虛擬臨界參數(shù)Tcm,Pcm
表1.1各組分臨界性質(zhì)
組分
摩爾分率Xi%
沸點
Tbi,K
Tbi·Xi
臨界溫度Tci·K
Tci·Xi
臨界壓力Pci(atm)
Pci·Xi
CH4
0.0297
111.51
0.0331
190.4
0.0565
45.44
0.01350
C2H6
0.0102
184.37
0.0188
305.28
0.03114
48.16
0.00491
C3H6
95.5
225.3
215.1615
364.6
348.193
45.50
43.4525
C3H8
4.4601
231.0
10.3028
369.67
16.4877
41.94
1.87057
Tbm=∑TbiXi=225.5162 K
Tcm=∑TciXi=364.768 K
Pcm=∑PciXi=45.3415 atm
由【10】P36得 對比態(tài)溫度：Tr=
對比態(tài)壓力：
由Fdmister法求偏心因子
∴
由文獻【3】P778 Z=Z(0)+ωZ（1） （Pitzer-Curl法）因為TD＞Tb,事實上是氣體，而且本設計是以氣體為設計基準，該壓力下忽略液體部分的影響，所以后面求解Z(0),Z(1)以氣部端進行插值計算更合理，負荷實際情況。
Z(0),Z(1)由下式求取，P778
Z(0)
Z(1)
∴Z=0.7541+0.149×(-0.1473)=0.732
∵ PD=18.5atm TD=(273.15+44)K=317.5K
∴精餾段上升蒸汽體積流量
1.3.1.2 適宜空塔氣速u
因為回流液中無CH4,C2H6.且塔頂XD4=XD6,故塔頂處回流液中也無C4H10,C4H8.Td=44 ℃。由【1.1】查取各組分性質(zhì)（密度）
C3H8:ρ3=457.475kg/m3,C3H6:ρ5=468.77kg/m3
ρL=ρ3XD3＇+ρ5XD5＇
XD3＇=
XD5＇=1-XD3＇=1-0.04462=0.95538
∴該段液相密度：ρL=457.475×0.04462+468.77×0.95538=468.266kg/m3
回流液體積流量：LS=
根據(jù)空塔氣速【2】Vmax=,
因(液氣動能參數(shù)）
板上清液層高度為hL=0.1m(加壓塔） ∴HT-hL=0.6-0.1=0.5m。
由文獻【2】中的P165史密斯關聯(lián)圖得：C20=0.078.Td=44℃時由【3】查取表面張力P672 C3H8: C3H6:
混合后：
∴
取安全系數(shù)【6】P37為0.8 ∴u=0.8umax=0.8×0.05763×
1.3.1.3 精餾段塔徑D1
取D1=3.0m 則實際空塔氣速 uR1＜umax=0.1862m/s
1.3.2 提餾段塔徑D2
以塔釜為設計基準，因為tW＞tF,偏于安全
1.3.2.1 上升蒸汽流量VS＇（體積）【物性來源同前】
表1.2各組分臨界性質(zhì)
組分
摩爾分率Xi%
沸點
Tbi,K
Tbi·Xi
臨界溫度Tci·K
Tci·Xi
臨界壓力Pci(atm)
Pci·Xi
C3H8
4.547
369.67
16.794
41.94
1.905
231
10.49
C4H10
3.763
425.01
15.993
37.47
1.410
272.5
10.25
C3H6
83.33
364.6
303.84
45.50
37.917
225.3
187.75
C4H8
8.352
419.4
35.058
39.7
3.319
226.74
18.95
Tbm=∑TbiXWi=227.44 K
Tcm=∑TciXWi=371.684 K
Pcm=∑PciXWi=24.551 atm
由【10】P36得 對比態(tài)溫度：Tr=
對比態(tài)壓力：
∴=0.15787
由文獻【3】P778 Z=Z(0)+ωZ（1） （Pitzer-Curl法）。
Z(0),Z(1)由下式求取，P778
Z(0)
Z(1)
∴Z=0.7558+0.15787×(-0.1513)=0.732 TW=51+273.15=324.15K
P=PW=19.0atm
∴提餾段上升蒸汽體積流量
1.3.2.2 適宜空塔氣速u
由于下降液中含 C3H6 C3H8.C4H10,C4H8.Tw=51℃。由【1.2】查取各組分性質(zhì)（密度） C3H8:ρ3=447.3kg/m3,C3H6:ρ5=456.5kg/m3
C4H10:ρ4=542.9kg/m3,C4H8:ρ6=555kg/m3
ρL＇=ρ3XW3+ρ4XW4+ρ5XW5+ρ6XW6=447.3×4.543%+542.9×3.763%+456.5×83.335%+555×8.359%=467.567kg/m3
回流液體積流量：LS＇=
∴HT-hL=0.6-0.1=0.5m。
因(液氣動能參數(shù)）
文獻【2】中的P165史密斯關聯(lián)圖得：C20=0.075.tW=51℃時由【3】查取表面張力P672 C3H8: C3H6:
C4H10: C4H8:
混合后：
∴
取安全系數(shù)【6】P37為0.8 ∴u=0.8umax=0.8×0.05763×
1.3.2.3 提餾段塔徑D2
取D2=3.0m 則實際空塔氣速
1.3.3 總體塔徑D
由1.3.1 1.3.2 知塔徑D=2.6m=2600mm 精餾段和提餾段塔徑相同。
1.4 塔盤結構設計
1.4.1 類型選用
a.塔盤 D=2600 mm＞800 mm 考慮塔內(nèi)安裝、拆卸采用分塊式塔盤。
b.溢流形式 溢流形式分單、雙兩種 文獻【7】認為，D＞2200 mm時采用雙溢流
c.降液管 降液管是塔板間液體流動的通道，也是溢流液中夾帶的氣體得以分離的場所。從形狀上來看，降液管可分為弓形降液管和圓形降液管。弓形降液管，堰與壁之間的全部截面區(qū)域均作為降液空間，適用于直徑較大的塔中，塔板面積利用率最高，但塔徑小時制作焊接不便。圓形降液管對于小塔制作較易，但降液管流通截面較小，沒有足夠空間分離溢流中的氣泡，氣相夾帶嚴重，不適用于流量大及易起泡的物料。又因為弓形降液管具有較大容積，又能充分利用塔板面積，故一般只在小塔中采用圓形，通常場合取用弓形降液管（可拆式）
d.受液槽盤 液體流過降液管與受液盤壓力將大于25 mm時，采用凹形受液盤，對液體有緩沖作用，可降低塔盤入口處液峰，使液體平穩(wěn)，有利于更好鼓泡，凹形受液盤較小于液峰高度，并縮小其影響區(qū)域有利于氣體均勻分布，即使在高蒸汽流和低液流時，仍可保證液封。故本塔采用凹形受液盤（可拆式）由文獻【7】雙流塔盤之受液盤深為50 mm,而其中間受液槽深為100 mm,液封盤也可取50 mm.
e.浮閥 因F1型浮閥結構簡單、制造方便、節(jié)省材料，性能良好廣泛用于化工及煉油生產(chǎn)中，F(xiàn)1分輕、重兩種，由于其質(zhì)量直接影響塔內(nèi)氣體的壓強降，輕閥壓強降雖小，但操作穩(wěn)定性差，低速時一般取用重閥，由JB1118-81，取F1型重閥，其主要尺寸如下F1Z-3B重閥。閥孔直徑d0=39 mm,閥片厚度δ=2 mm,靜止升度2.5mm閥片直徑φ=48 mm.最大升度8.5 mm，閥重33g,H=11.5 mm,L=15.5 mm.
1.4.2 降液裝置設計
1.4.2.1 具有兩側降液管的塔盤K=320 mm,H=318 mm LW=1.702 m
圖1.1 塔盤
a.堰高 LW=(0.5～0.7)D 一般取LW=1.702m
b.出口堰高 hW 堰上液層高hOW=m
精餾段 由【6】P69查取液流收縮系數(shù)E=1.038
∴ ∴hOW≈56mm
則hW=hL-hOW=100-56=44mm
提餾段 由【6】P69查取液流收縮系數(shù)E=1.038
∴ ∴hOW＇≈45 mm
則hW＇=hL＇-hOW＇=55 mm
c.降液管面積AD(Af) ∵ 【7】P73∴ 宜用傾斜式降液管，【6】故前面降液管式選用較為合理。
塔截面積 ∴單個降液管Af=AD/2=0.37163m2
d.液體在降液管中停留時間θ
精餾段 θ=
提餾段 θ＇=
e.降液管底邊至受液盤的間距h0(降液管底隙高度)
取精、提餾段降液管底邊出口處的液體流速 Wb=Wb＇=0.35m/s
則 精餾段 ∴h0=46mm
提餾段 ∴h0＇=48mm
顯然實際的Wb(Wb＇)均在0.1~0.4m范圍內(nèi)故合格【6】
精餾段
提餾段
由【6】P73流速控制在0.08~0.1m/s知合格。
1.4.2.2 具有中間降液管的塔盤（單數(shù)）
a. 堰流（LW）d
（LW）d=
b.出口堰高 （hW）d
（hW）d=
精餾段
由【6】得 E=1.0 ∴（hOW）d=0.00284×1×
（hOW）d=hL-（hOW）d=100-51=49mm
提餾段
由【6】得 E=1.0 ∴（hOW）d＇=0.00284×1×
（hOW）d＇=hL-（hOW）d＇=100-51=49mm
c.液管面積 AD=2 考慮其他影響因素 取AD＇=1.08m2
d.降液管中液體停留時間
精餾段
提餾段
e.降液管底隙高度 取Wb=0.35m/s
精餾段 ∴（h0）d=82mm
提餾段 ∴（h0）d＇=86mm
顯然，Wb、Wb＇均在0.1~0.4m/s之間，并且因為中間受液槽深為100mm，可以證明完全能保證液封。
f.降液管中液體流速核算
精餾段
提餾段
由上單、雙數(shù)兩種塔盤之出口堰高，降液管底邊至受液盤的間距h0,受液盤槽的深度尺寸可以證明完全能保證液封。
1.4.3 標準塔盤選用及浮閥數(shù)排列
a.閥孔臨界氣速Uocr Uocr=
精餾段 Uocr=
提餾段 Uocr＇=
b.閥孔氣速及動能因子 因是加壓系統(tǒng)精餾段 U1=Uocr 且U1=0.5~3m/s
精餾段 U1 =Uocr =1.374m/s
提餾段 U1 =Uocr =1.345m/s
文獻【6】P105認為F0＇正常操作范圍應在8~17 合格
c.試算浮閥數(shù)
精餾段
提餾段
d.塔盤取用及排列
提餾段：取F3014AⅡ，F(xiàn)3014BⅡ D=2600mm,N=420 =9.45%
e.反算實際閥孔氣速，U0及動能因數(shù)FD
精餾段
F0=
提餾段
F0＇=
顯然U0(U0＇)均在0.5~3m/s F0(F0＇)均在8~17之間 故合格
∴取用標準盤F3014AⅡ，F(xiàn)3014BⅡD=2600mm,N=420 開孔率=9.45%
2 總體設計
2.1主要尺寸、參數(shù)
2.1.1 人孔
文獻【6】認為，塔設備人孔位置方案有下表，且在進出口等必須經(jīng)常清理、維修的部位還應增設人孔，在塔頂和塔釜也應該各設置一個。
表2.1塔板數(shù)、人孔數(shù)
塔板數(shù)
人孔數(shù)
＜25
2
26~41
3
42~31
4
62~80
5
因為N=75＞62，可設6個人孔，開設人孔處板間距HT=800mm
2.1.2 加料板空間高度Hf
第31塊加料板，又因設置了人孔，故可以將其取為Hf=800mm=0.8m
2.1.3 塔頂部空間高度Ha
指塔頂?shù)谝粔K塔盤到頂部封頭切線的距離，為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部Ha=1.2~1.5m。可取Ha=1.2 m
2.1.4 塔底部空間高度Hb
因塔釜部分釜液流量實為LS＇，LS＇=0.07169 m3/s
停留時間=4 min
則 得
Hb=
取Hb=2.6 m
2.1.5 支座高度Hs
雖然Dg＞1m,但，考慮到制造、加工方便，可用圓筒形裙座。因為裙座上開有人孔，引出管通道，可取Hs=4 m
2.1.6 封頭
由【6】知，在常見的幾種封頭中，橢圓封頭兼有半球型封頭受力好和蝶型封頭深度淺的優(yōu)點，故采用橢圓封頭。
有JB1154-73查取
2.1.7 總高
H=Ha+Hb+Hs+Hz+h1=50.05 m
2.2 接管設計
2.2.1主管徑計算、選取（選取管子均按YB231-70無縫鋼管）
a.塔頂氣體出口接管D
一般地，如果氣體流速太大，管徑雖然可以減小，但阻力增大，使操作動力、費用增大；反之，流速過小，管徑增大，基建費用也會加大，。
取u=20 m/s ,因Vs=d2u/4
∴d=
取用標注管路（無縫鋼管)
530*15 mm DN=500 mm
b.餾出液出口接管
要求u＜3 m/s ,取u=2.5 m/s
則 得
d=0.0706 m
89*4.5 mm DN=80 mm
c.回流液入塔接管R
取u=1.8m/s
則
d=
取273*11mm DN=250 mm
d.塔釜出液出口接管W
取u=0.45m/s(后接泵，u不宜取太大）
，MW=43.9487kg/kmol,
W=9.9296kmol/h
∴d=0.026m
取32*3mm DN=26mm
e.離塔往再沸器接管Z1
取u=0.75m/s
流量=L＇-W=2177.3017-6.8744
由上可知 d=0.301m
取325*8mm DN=300mm
f.離塔往再沸器接管Z2
取u=4m/s
流量V＇=
由上可知 d=0.444m
取530*13mm DN=500mm
g.進料管F
表2.2各組分臨界性質(zhì)
組分
yfi%
Tbi,K
Tbi·yfi
Tci·K
Tci·yfi
Pci(atm)
Pci·yfi
CH4
0.029
111.51
0.032
190.40
0.05522
45.44
0.0132
C2H6
0.010
184.37
0.0184
305.28
0.03053
48.16
0.0048
C3H6
95.222
225.3
214.5352
364.60
347.179
45.50
43.326
C3H8
4.462
231.0
10.307
369.67
16.4947
41.94
1.8714
C4H8
0.191
226.74
0.4331
419.4
0.8010
39.70
0.07583
C4H10
0.0861
272.5
0.03435
425.01
0.3655
37.47
0.0322
Tbm=∑Tbiyfi=225.56 K
Tcm=∑Tciyfi=394.926 K
Pcm=∑Pciyfi=45.323 atm
由【10】P36得 對比態(tài)溫度：Tr=
對比態(tài)壓力：
由Fdmister法求偏心因子 =0.148
Z(0),Z(1)由下式求取，P778
Z(0)
Z(1)
∴Z=0.755+0.148×(-0.1456)=0.733
∵ PF=18.7atm TD=(273.15+45)K=318.5K
則進料口體積流量
取u=2.5
∴d=250mm
取=27311mm DN=250mm
表2.3主管規(guī)格及公稱值
主管名稱
規(guī)格 mm
公稱值 mm
D
53015
500
R
27318
250
W
573.5
50
Z1
3258
300
Z2
53013
500
F
27317
250
2.2.2 儀表、控制、報警等公用系統(tǒng)接管選用
塔設備中除主要的物料、進出氣液接管外,還應有一些公用系統(tǒng)接管，比如水壓試驗后的排液管，修理塔頂部的氣體排空管，液面計，壓力計接管，液位控制器，報警系統(tǒng)的接管。這類接管一般帶有法蘭，接管長度一般280~100m
表2.4公用接管選用
接管名稱
公稱數(shù)據(jù)
數(shù)量
法蘭面形式
溫度指示器接管T
PN25 DN40
3
凹凸面
壓力計接管P
PN25 DN40
3
凹凸面
液位指示器接管M
PN25 DN40
2
凹凸面
液位報警器接管L
PN25 DN40
2
凹凸面
液位調(diào)節(jié)器接管C
PN25 DN40
1
凹凸面
頂部排空管A
PN25 DN80
1
凹凸面
底部排空管B
PN25 DN100
2
凹凸面
2.2.3 接管結構設計
a.回流液接管R
入塔形式及入塔后布液情況如下所示：
支管上為圓孔，該分配孔與鉛垂線成45°角，以免回流液沖擊。
圖2.1回流液接管
b.塔頂氣體出口接管D
置于封頭上，設置擋液板以減小霧沫夾帶，錐形擋板及D入塔結構見下圖：
圖2.2塔頂氣體出口
c.釜液副口接管W
因為釜液出塔后，經(jīng)泵再打入下一級塔中，因為必須裝置防渦擋板。又管徑小于75mm，故可以用單片防渦擋板【6】，結構如下
圖2.3釜液副口接管
d.再沸器入塔接管Z2
文獻【6】認為，其最好與最下一層塔盤的降液板平行，否則加設擋板，并且如果是過熱蒸汽時不宜設在降液管附近，故可設置結構如下
圖2.4再沸器入塔接管
e.其余
均可采用平齊式接管結構，具體參見總裝配圖。
f.溫度計接管T
傾斜45°安裝，見下圖所示：
圖2.5溫度計接管
2.3 裙座結構設計
2.3.1 類型選用
由于塔徑大，考慮到加工，制造方便，采用圓筒型。
2.3.2 材料
考慮到塔較高，風載荷嚴重，可以采用Q345R,頂部也不需要增設過度段，因為筒體也采用同種材料。
2.3.3 與封頭連接處的焊接結構
為等厚度對接焊。
2.3.4 裙座上人孔、排氣孔、釜液出口接管及再沸器入口接管引出管通道
A型人孔 D＞1800mm 取兩個人孔 =450mm
排氣管 108*4，4個，H=230
引出管通道由【6】設計，具體結構見裙座零件圖，另因保溫需要，不用木墊。
2.3.5 螺栓、環(huán)板、蓋板、筋板設置
詳見基礎環(huán)及裙座部件圖。其中，相鄰兩螺栓間采用兩塊筋板。
2.3.6 裙座內(nèi)的梯子設計
梯子材料Q245
2.3.7 保溫層、防火層
保溫層延伸至裙座與封頭連接焊縫以下4倍保溫層厚的距離。防火層內(nèi)外各厚50mm,為石棉水泥層。在后面將詳細計算，此處只考慮其結構，保溫層材料為玻璃棉縫氈。另外，保溫層支撐圈在后面談到，此處暫時忽略。保溫層在全塔外表面設置。
2.4 塔體內(nèi)部構件設計
2.4.1 塔釜結構
精餾塔采用熱虹吸式再沸器，它依靠液體在再沸器內(nèi)部分汽化后形成的，密度小于塔釜熱液的氣液混合物，利用這種密度差產(chǎn)生的靜壓差，使液體自動地從塔底流入再沸器，加熱后變成氣液混合物，然后再返回塔釜。然而，這種再沸器若要穩(wěn)定工作，必須設置隔板使釜液層高度維持恒定。
本塔采用平衡式塔釜隔板，因其開有平衡孔，保證了去再沸器液體的最低液位，保證了熱虹吸式所需的最小推動力，從而可使操作溫度，其底部的微孔是考慮到液壓式維修時排凈液體而設的。
2.4.2 塔盤及支撐、連接結構
a.塔盤最小厚度對碳鋼是3mm，不銹鋼2mm。但對浮閥塔盤，塔盤板可取大，本設計中取6mm。再用分塊式，具體分塊方式見塔盤零部件圖。
b.塔盤采用自身深式，L＜1400，自身深部件，板與板之間用螺栓連接
c.塔盤板與周邊支持圈采用卡子聯(lián)接。
d.塔盤板與中間支持板采用螺栓聯(lián)接，上可拆，落槽M10。
e.通道板設置
見塔盤部件圖，與周圍的塔盤板及支持板采用上下可拆的聯(lián)接結構，其為長方形孔，每塊板之通道板在一直線上。
f.支持圈
由【6】提供資料，可取支持圈寬度為60mm，厚度為10mm。此時，塔盤板在其上的搭接寬度為40mm，可取為Q245，與塔壁焊接。
2.4.3 出口堰，受液盤，槽，液封，降液裝置
a.出口堰
精、提餾段的出口堰高度各不相同，但均可設計成同樣的可拆結構，其中連接板上開長圓孔，與焊接在支持圈上筋板相連。連接板設置在兩端。
b.受液盤槽
前已說明，采用凹型受液盤，深50mm。受液盤與支持圈仍用卡子聯(lián)接，其近盤中心一側上翻，與兩端筋板相連后，兼作中間支持板，其和塔盤板見為螺栓聯(lián)接。
受液槽深100mm,聯(lián)接方式和凹型受液盤一致。具體結構見塔盤部件圖，其上開2-10肋孔。
c.液封盤
設在最后一塊塔盤下，保證降液管出口處的液封要求。本塔在設計時，將液封盤設在中央，其深度為100mm，支撐結構與中間受液槽相同。
d.降液裝置
傾斜式弓形降液管。其上的連接板高度與其一致，對于中間降液管，考慮到高度、寬度較大，在降液管中加設封板，一方面起支撐作用保證操作時不因偶然因素而使降液管出口面積減小，影響操作；另一方面可以起到防渦作用，減少霧沫夾帶。設置了3塊，具體參見塔盤部件圖。
2.4.4 梯子
塔釜內(nèi)梯子設置與裙座內(nèi)的梯子設置相同，只在人孔入口處加設兩個把手，以便于人入塔。見總裝圖。
梯子的材料仍用Q245，把手間距為550mm，另外，設置兩排梯子是考慮到維修方便，因為本塔塔徑為2600mm，較大。隔板上平衡孔500，不增設人孔。
2.5 塔體外部結構設計
2.5.1 吊柱
對于較高的室外無框架整體塔，在塔頂設置吊柱，對安裝、拆卸內(nèi)件，既方便又經(jīng)濟。一般塔高在15m以上的塔應設置吊柱。吊柱設置防衛(wèi)應使吊柱中心線與人孔中心線有合適的夾角，使人能站在平臺上操縱手柄，讓經(jīng)過吊鉤的垂直線可以轉到人孔附近，以便于從人孔裝入或取出塔的內(nèi)件。本塔在設置吊柱時，將吊柱設置在與人孔成60°的方位，因為在設計操作平臺時，塔頂部平臺為一周（圓心角360°）寬1.1m?？勺鲌D知，吊柱吊鉤可以很好地轉到人孔處的平臺。平臺面與手柄距離設計成1300mm。
吊柱已標準化，由【6】提供表格，取用標準部件，其主要參數(shù)為：
吊柱與塔體連接處的墊板用Q345R。具體結構見吊柱部件圖。其中，吊柱管上開孔是為了透氣，吊鉤與吊柱管焊接，底部支撐采用球形結構以使轉到靈活，吊柱下部設置防雨罩，底座上開設了注油孔及排污孔。
2.5.2 吊耳
因捆扎法準備工作繁瑣，操作又不方便，一般采用吊耳代替。較低的塔，吊耳設置在塔頂，但當塔設備高度、直徑較大時，需要很高的抱桿，拆裝困難，一般都將吊耳設在塔重心之上，對稱布置一對。但吊耳應仔細考慮：設置點越高，起吊力越小，便于起吊卷揚機工作，但塔承受的最大彎矩增大，對塔體不利，并且抱桿高度加大，實際承載能力降低，相反，吊點過低，起吊力增大，塔體受的最大彎矩減小，對塔體有利且抱桿高度降低，但穩(wěn)定性差，易發(fā)生傾覆事故。
本塔的吊耳按【18】提供數(shù)據(jù)，考慮到起吊的載荷而選用。該吊耳起吊能力為129T（鋼A48）。
吊耳設在重心之上第29—30塊之間，具體結構見總裝圖或【16】之P201。材料：Q345R
2.5.3 操作平臺
2.5.3.1 【6】認為，操作平臺的設置應考慮以下因素或要點：
a.應設置在人孔，手孔，塔頂?shù)踔?，液面計算需?jīng)常檢修和操作的地方。操作平臺應布置的在檢修時不需要另外再設腳手架、纜繩。
b.底層平臺凈空高度不小于2.0m，各層平臺之間的最小間距不得小于2.0m，若無特殊要求，也不要大于8.0m。
c.操作平臺寬度一般取為0.8—1.2m，最小不小于0.6m。當平臺設在手孔或檢修人孔附近時凈寬度不小于0.9m，用作修理塔盤用的平臺，寬度最好也不小于1.10m。
d.平臺內(nèi)緣與塔壁之間應保留一點的間隙，以便于進行設備的保溫、除漆工作。一般情況下，無保溫層時的間隙為100mm，有保溫層時無保溫層表面的間隙為50mm。
e.支撐平臺的槽鋼梁一般應設在平臺為圓周等分安排，相鄰梁間的最大間距不大于1.5m。
f.平臺欄桿一般用dg=20.25mm黑鐵管，封端。
2.5.3.2 根據(jù)上述原則，平臺設置成如下方式：
a.自上而下共6個平臺，平臺對應圓心角均以人孔對稱中心向兩邊延展。
b.臺面幅度寬為1.10m。
c.平臺欄桿Dg=20黑鐵管，封端（防腐），欄桿高1.2m，加設雙橫檔，平臺外緣。
2.5.4 塔體外部扶梯設置
2.5.4.1 設置原則
a.不經(jīng)常操作的平臺可用直梯，若用斜梯則傾斜角度小于60°。
b.直梯標高大于4m時，從地面（平臺面）至安全籠第一護圈的距離為2.0—2.4m。
c.扶梯相鄰護圈間距為1.0—1.3m，不得大于1.5m，以免失去安全防護的作用。
d.平臺距地面高度大于4m時或平臺間距大于3m時梯子應設置安全門。
e.梯子的最底一級踏步應高出地面（平臺面）150—450mm,相鄰踏步的間距一般取為300mm。
f.塔內(nèi)如系易燃易爆物料，則應在平臺上設置救火裝置。
g.梯子踏步應能承受1000N短期集中載荷，整個梯子應能承受4500N集中載荷，扶手的任意點應能承受任何方向作用的900N載荷。
h.材料一般用Q245，與塔體焊接。
2.5.4.2 具體設計
a.采用平面通過型籠式直扶梯。
b.地面（平臺面）至安全籠第一護圈間距2.0m,相鄰護圈間距1.2m。設安全門。
c.梯子最低一級踏步高出地面（平臺面）為150mm，相鄰踏步間距為300mm。
d.扶梯近塔處掛設滅火器2個。
e.籠條 Q245 ，5根，40*6mm
立柱 Q245 ，2根， 50*10mm
護圈 Q245 ， 40*6mm
連接板Q245, 8塊，100*10mm
踏步 Q245, 18mm
安全門 Ⅱ
扶手 Q345R, 19mm
2.5.5 人孔、接管
人孔采用回轉蓋對焊法蘭人孔，即
人孔 AⅢ，PN25,DN450,JB584-64-04【10】對應接管厚14mm。
接管外伸長度一般取為150-250mm，具體長度見總裝圖，接管外端采用凹凸面法蘭連接，公稱壓力取為25。
2.6 保溫層，防火層
2.6.1 材料
保溫層:玻璃棉縫氈 （容量700N/m3）
防火層:石棉水泥層 （容重1900N/m3）
2.6.2 防火層設計
由于塔內(nèi)為易燃易爆物料，一旦發(fā)生火災，裙座會因溫度升高而喪失強度，以致倒塌，所以一般都要考慮加設防火層?！?】認為，裙座直徑小于1500mm時，僅外側敷設防火層，裙座直徑大于1500mm時，兩側均要敷設厚度50mm的石棉水泥層。為敷設方便，在壁上焊接M10的螺母或小方塊，按正三角排列，間距為300mm。
注意：防火層下至螺栓座，將螺栓座全部敷設并與基礎環(huán)底部平齊。
2.6.3保溫層設計
2.6.3.1 敷設范圍、結構
a.筒體
全敷。加設支撐圈；從塔體與裙座焊縫以下4倍保溫層開始，每間隔3或3.5m左右各焊一圈，一般由4-8塊組成（4塊）。保溫層厚度在后面計算得出。
支撐圈 35*10mm 與防火層相接處注意敷設質(zhì)量。
b.塔頂封頭
在封頭切線處焊一寬為35mm的支撐圈，近圈外緣鉆有8個均布5的小孔，支撐圈分4塊，封頭全敷。
c.塔底封頭
裙座內(nèi)壁焊一寬60mm，厚6mm扁鋼圈（4塊組成）鉆孔方式同b。焊在裙座內(nèi)壁的位置使支撐圈表面離封頭距離等于保溫層厚（即30mm）
2.6.3.2 保溫層厚度計算
玻璃棉縫氈L≤250°，容重700N/m3
設衡陽室外平均氣溫tK=27℃；介質(zhì)的溫度tf=51℃；設備表面溫度插值計算得tw=33.43℃；
玻璃棉氈傳熱系數(shù)—0.058，
取
設熱阻R1=0.003 （室外）
=33.43-27=6.43℃
單位熱損失
d=3000+24×2=3048mm
∴d1=24mm
2.7 主要焊縫坡口設計
2.7.1 筒體環(huán)、縱焊縫
考慮到筒體較厚（t=24mm），手工焊不但進度較慢而且質(zhì)量不均。應采用埋弧自動焊。由文獻【7】提供資料，取用Y型坡口，采取HD保護熔池。因A、B兩類焊縫應進行100%射線探傷及局部超聲波復驗，則=1.0。對接焊縫，埋弧焊焊劑采用HJ130，焊絲采用H10Mn2.
焊縫坡口具體形式見下圖
2.6焊縫坡口
2.7.2 封頭、圓筒對接焊接 （A類）
自動焊，同2.7.1的B類坡口。因焊接材料一致，故焊絲、焊劑仍取H10Mn2、HJ130。
2.7.3 接管與筒體
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