60噸純苯項(xiàng)目精餾塔設(shè)機(jī)械設(shè)計(jì)_王勝.doc

湖北民族學(xué)院2020/1/20湖北民族學(xué)院化工機(jī)械與設(shè)備課程設(shè)計(jì)題 目:年產(chǎn)60萬噸純苯項(xiàng)目精餾塔機(jī)械設(shè)計(jì) 系 別: 化學(xué)環(huán)境與工程學(xué)院 專 業(yè):_ 應(yīng)用化學(xué) 學(xué) 號: 041040528 姓 名: 王勝 2012年11月 24日目錄一、概述31.1 精餾過程對塔設(shè)備的要求31.2 選擇浮閥塔的依據(jù)31.3 精餾塔的設(shè)計(jì)步驟41.4 工藝條件4二 材料選擇4三 按設(shè)計(jì)壓力計(jì)算筒體和封頭厚度，確定裙座厚壁。43.1塔筒體壁厚計(jì)算43.2封頭壁厚計(jì)算53.3確定裙座壁厚5四、載荷計(jì)算54.1塔重54.2風(fēng)載荷計(jì)算及風(fēng)力矩6五、各種載荷產(chǎn)生的軸向應(yīng)力計(jì)算6六、 塔體的強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算76.1塔體1-1截面抗壓強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算76.2塔體1-1截面的抗壓強(qiáng)度計(jì)算7七、 裙座的強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算87.1座底部0-0截面軸向應(yīng)力計(jì)算87.2 裙座焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算8八 、水壓試驗(yàn)時(shí)塔的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算88.1 塔件1-1面強(qiáng)度校核88.2 塔體H截面最大軸向拉應(yīng)力驗(yàn)算98.3 塔體H截面最大組合軸向壓應(yīng)力驗(yàn)算98.4 裙座底部0-0截面的強(qiáng)度與軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算9九、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)109.1 基礎(chǔ)環(huán)的內(nèi)徑計(jì)算109.2 混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度校核109.3 基礎(chǔ)環(huán)厚度設(shè)計(jì)11十、地腳螺栓強(qiáng)度設(shè)計(jì)12附表13總結(jié)13參考文獻(xiàn)14一、概述 1.1 精餾過程對塔設(shè)備的要求 精餾所進(jìn)行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求： 氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。 操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大范圍的變動時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。 流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。 結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 塔內(nèi)的滯留量要小。 實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。1.2 選擇浮閥塔的依據(jù) 常用的精餾塔有板式塔和填料塔兩類，通稱塔設(shè)備，本方案主要是采用浮閥塔。因?yàn)楦￠y塔具有以下優(yōu)點(diǎn)：1生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%40%，與篩板塔接近。2操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動范圍比篩板塔，泡罩塔都大。3塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時(shí)間較長，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。4氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時(shí)阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。5塔的造價(jià)較低，浮閥塔的造價(jià)是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%80%，但是比篩板塔高 20%30% 。近幾十年來，人們對浮閥塔的研究越來越深入，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)越來越豐富，積累的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較完整，因此設(shè)計(jì)浮閥塔比較合適。1.3 精餾塔的設(shè)計(jì)步驟本設(shè)計(jì)按以下幾個(gè)階段進(jìn)行：（1） 設(shè)計(jì)方案確定和說明。根據(jù)給定任務(wù)，對精餾裝置的操作條件及其材質(zhì)的選取等進(jìn)行論述。（2） 塔設(shè)備設(shè)計(jì)：計(jì)算塔板各主要尺寸計(jì)算，進(jìn)行各種載荷的校核計(jì)算。（3） 抄寫說明書。（4） 繪制精餾塔的機(jī)械設(shè)備圖。1.4 工藝條件本設(shè)計(jì)任務(wù)為用一常壓連續(xù)精餾塔分離含苯40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的苯-甲苯混合液，采用連續(xù)精餾流程，生產(chǎn)年產(chǎn)60噸純苯。分離要求=99.5%（摩爾分率）, =2%(摩爾分率)。進(jìn)料狀態(tài)為飽和液體，回流比為R=3.5平板壓降=0.7kPa塔頂壓力4kPa(表壓)設(shè)計(jì)加熱蒸汽壓力 P=0.11MPa設(shè)計(jì)溫度 T=81設(shè)計(jì)風(fēng)壓值 300Pa保溫層厚度 100mm安裝在恩施地區(qū) 地震強(qiáng)烈度在六度以下二 材料選擇設(shè)計(jì)壓力屬于低分壓分離設(shè)備，一類容器。介質(zhì)腐蝕性未提特殊要求，設(shè)計(jì)溫度T=81，溫度不高，介質(zhì)腐蝕性弱，所以選20R鋼作為塔體材料，裙座材料選Q235鋼。三 按設(shè)計(jì)壓力計(jì)算筒體和封頭厚度，確定裙座厚壁。3.1塔筒體壁厚計(jì)算由 （1）查表T=81時(shí)，20R的許用應(yīng)力為133MPa，（雙面對接焊，局部無損傷），,取C1=0.8mm，(估計(jì)筒壁厚度在616mm),介質(zhì)為水腐蝕裕量取=2mm。由已知條件C2=4mm, ,則圓整后取塔體壁厚,3.2封頭壁厚計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,則圓整后取與筒體相同的厚度,即3.3確定裙座壁厚裙座取與筒體封頭相同的厚度：即四、載荷計(jì)算4.1塔重塔體重量n層內(nèi)部重量載荷保溫層重量載荷（保溫層厚度為100mm）平臺重量載荷由工藝條件知，本塔只需開兩個(gè)入口，在入孔處設(shè)平臺，n=2（平臺重500kg，斜梯重80kg）=1160kg物料重量載荷=1530kg附件重量載荷（含裙座）=450kg沖水重量載荷=kg故操作時(shí)重量載荷Q= （2） =3082+1017+984+1160+1530+450 =8223kg水壓試驗(yàn)時(shí)塔用重量最大，即+=21788kg （3）設(shè)備安裝時(shí)重量載荷最小 =4692kg （4）4.2風(fēng)載荷計(jì)算及風(fēng)力矩由風(fēng)載荷 P= （5） =0.7,由塔高，塔經(jīng)估取=1.6,由表查得恩施地區(qū) =值如下: 0-5m段，查表得 5-7.8m段，查表得m塔體有效直徑 （6）取，其最大值為計(jì)算塔段7.8m中有一層平臺，平臺面積0.5，則為簡化計(jì)算偏安全計(jì)，取塔體各段風(fēng)力0-5mm段, （7）5-7.8段 塔體底部（1-1截面）彎矩 （8）裙座底部（0-0截面）彎矩P=五、各種載荷產(chǎn)生的軸向應(yīng)力計(jì)算塔體與裙座連接處（1-1截面）由設(shè)計(jì)壓力引起的軸向力 （9）由最大彎矩引起的軸向力 （10）由重量載荷引起的軸向力 （11）裙座底部（0-0截面） 六、 塔體的強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算6.1塔體1-1截面抗壓強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算 （12）查表 ，由于因此塔底1-1截面滿足抗壓強(qiáng)及軸向穩(wěn)定條件6.2塔體1-1截面的抗壓強(qiáng)度計(jì)算 （13）滿足抗壓強(qiáng)度條件上述各項(xiàng)證明塔體厚度可以滿足整個(gè)塔體的強(qiáng)度，剛度及穩(wěn)定性要求。七、 裙座的強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算7.1座底部0-0截面軸向應(yīng)力計(jì)算 （14）查表得，即滿足強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算7.2 裙座焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算 （15）故 滿足裙座焊縫強(qiáng)度條件八 、水壓試驗(yàn)時(shí)塔的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算8.1 塔件1-1面強(qiáng)度校核由 （16）查表 =245MPa ,=113MPa塔高取7.8m,取=0.078MPa（17）故滿足強(qiáng)度條件要求。8.2 塔體H截面最大軸向拉應(yīng)力驗(yàn)算 （19）代入數(shù)據(jù) （20）滿足抗拉強(qiáng)度條件要求8.3 塔體H截面最大組合軸向壓應(yīng)力驗(yàn)算 （21）代入數(shù)據(jù) （22）滿足抗壓強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定性條件要求。8.4 裙座底部0-0截面的強(qiáng)度與軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算 （23）查表得代入數(shù)據(jù)：滿足強(qiáng)度和軸向穩(wěn)定性條件要求。九、基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)9.1 基礎(chǔ)環(huán)的內(nèi)徑計(jì)算外徑： （24）內(nèi)徑： （25）9.2 混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度校核正常操作時(shí)： （26）Ra為查表所得標(biāo)號為100的混凝土許用應(yīng)力水壓試驗(yàn)時(shí) （27）因此混凝土基礎(chǔ)滿足強(qiáng)度的要求。9.3 基礎(chǔ)環(huán)厚度設(shè)計(jì)采用n=20個(gè)均布的地腳螺栓，將基礎(chǔ)環(huán)固定在混凝土基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)環(huán)上筋板（設(shè)厚度為）則基礎(chǔ)環(huán)上筋板間的距離為： （28）基礎(chǔ)環(huán)的外伸寬： （29）兩筋板間基礎(chǔ)環(huán)不分長寬比：由查表得基礎(chǔ)環(huán)也采用鋼，其厚度為：取十、地腳螺栓強(qiáng)度設(shè)計(jì)塔設(shè)備作用在迎風(fēng)側(cè)基礎(chǔ)上的最小應(yīng)力由公式： （30）由于為拉應(yīng)力，設(shè)備可能翻到，必須安裝地腳螺栓，若材料選用16Mn,取并考慮腐蝕，取腐蝕裕度，則根據(jù)公式 查表知可選M24的地腳螺栓。 連續(xù)精餾塔流程流程圖 連續(xù)精餾流程附圖附表 表 浮閥塔機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目數(shù)值與說明備注塔徑1.2m塔高7.8m塔體厚度7mm20R封頭厚度7mm16MnR塔器的操作質(zhì)量m08223kg塔器的最大質(zhì)量mmax21788kg塔器的最小質(zhì)量mmin4692kg裙座底部截面的軸向應(yīng)力23.34焊縫承受的組合拉應(yīng)力28.73基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)徑1408基礎(chǔ)環(huán)板外徑1008基礎(chǔ)環(huán)板厚度22Q235鋼地腳螺栓(個(gè))2016MnR總結(jié) 石油、化工等工業(yè)部門，經(jīng)常應(yīng)用精餾、吸收、萃取等過程，這些過程多數(shù)是在塔設(shè)備中進(jìn)行的，因此，塔設(shè)備是這些工業(yè)中的常見設(shè)備。進(jìn)行塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)，在保證滿足工藝條件的前提下，應(yīng)使設(shè)備具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，而且還要考慮易于制造，便于安裝、使用和檢修。這次機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì)，可以說是成功的，沒有很大的錯(cuò)誤。經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)，讓我知道了，浮閥塔優(yōu)點(diǎn)，從這次實(shí)驗(yàn)中，我更深入理解了浮閥塔。此次設(shè)計(jì)的心得有以下幾點(diǎn)：1、數(shù)據(jù)必須自己查，自己計(jì)算，并且盡可能保證數(shù)據(jù)的同一來源。2、對各公式的單位必須清楚，否則必然導(dǎo)致嚴(yán)重錯(cuò)誤。3、對設(shè)計(jì)來說，耐心和細(xì)心同樣重要，缺一不可。4、出現(xiàn)問題要認(rèn)真找出癥結(jié)所在，再根據(jù)理論調(diào)節(jié)各參數(shù)的取值范圍以達(dá)到要求。5、對課本上的知識要很熟悉，否則將要花更多的時(shí)間完成設(shè)計(jì)。6、通過這次的化工機(jī)械的設(shè)計(jì)，使我明白化