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文檔簡介
1、<p><b> 目錄</b></p><p><b> 摘 要Ⅲ</b></p><p> AbstractⅣ</p><p><b> 第1章 前言1</b></p><p> 第2章 流程確定和說明2</p><p>&
2、lt;b> 2.1加料方式2</b></p><p><b> 2.2進(jìn)料狀況2</b></p><p> 2.3塔頂冷凝方式2</p><p><b> 2.4回流方式2</b></p><p><b> 2.5加熱方式2</b><
3、/p><p><b> 2.6加熱器3</b></p><p> 第3章 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算4</p><p> 3.1操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)4</p><p> 3.2精餾塔工藝計(jì)算6</p><p> 3.3精餾塔主要工藝設(shè)計(jì)11</p><p> 3.4填料
4、的選擇15</p><p> 3.5塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算16</p><p> 3.6填料層高度計(jì)算17</p><p> 第4章 塔附件的選型與設(shè)計(jì)19</p><p><b> 4.1冷凝器19</b></p><p><b> 4.2加熱器19</b>&l
5、t;/p><p> 4.3塔內(nèi)管徑的計(jì)算及選擇19</p><p> 4.4液體分布器20</p><p> 4.5填料支承板的選擇21</p><p> 4.6塔釜設(shè)計(jì)21</p><p> 4.7裙座設(shè)計(jì)22</p><p><b> 4.8吊柱22</b
6、></p><p><b> 4.9人孔22</b></p><p><b> 4.10法蘭22</b></p><p> 4.11除沫器23</p><p> 第5章 塔總體高度設(shè)計(jì)25</p><p> 5.1塔頂部空間高度25</p>
7、;<p> 5.2進(jìn)料部位空間高度25</p><p> 5.3塔立體高度25</p><p> 第6章 塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)26</p><p> 6.1設(shè)計(jì)條件26</p><p> 6.2按壓力計(jì)算筒體和封頭厚度26</p><p> 6.3塔的質(zhì)量計(jì)算27</p>
8、<p> 6.4塔的自振周期計(jì)算28</p><p> 6.5地震載荷計(jì)算29</p><p> 6.6風(fēng)載荷計(jì)算30</p><p> 6.7各種載荷引起的軸向應(yīng)力32</p><p> 6.8筒體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核34</p><p> 6.9筒體和裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校
9、核35</p><p> 6.10基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)37</p><p> 6.11地腳螺栓計(jì)算38</p><p> 6.12開孔補(bǔ)強(qiáng)40</p><p><b> 參考文獻(xiàn)42</b></p><p><b> 致謝43</b></p><
10、;p><b> 附錄144</b></p><p><b> 附錄247</b></p><p> 甲醇回收填料精餾塔設(shè)計(jì)</p><p><b> 摘 要</b></p><p> 精餾是借助回流技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高純度和高回收率的分離操作,在抗生素藥物生產(chǎn)中,需
11、要用甲醇溶媒洗滌晶體,洗滌過濾后產(chǎn)生廢甲醇溶媒,然后對甲醇溶媒進(jìn)行精餾,從而將甲醇進(jìn)行回收利用。精餾操作一般在塔設(shè)備中進(jìn)行,塔設(shè)備分為兩種,板式塔和填料塔。填料塔結(jié)構(gòu)簡單、裝置靈活、壓降小、持液量少、生產(chǎn)能力大、分離效率高、耐腐蝕,且易于處理易起泡、易熱敏、易結(jié)垢物系。近年來由于填料塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn),新型的高負(fù)荷填料的開發(fā),既提高了塔的通過能力和分離效能又保持了壓降小及性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。因此,填料塔已被推廣到大型氣液操作中,在某些場合還代替了
12、傳統(tǒng)的板式塔。從設(shè)備設(shè)計(jì)的角度看,不論板式塔還是填料塔,基本上由塔體、內(nèi)件、裙座、和附件構(gòu)成。隨著對填料塔的研究和開發(fā),性能優(yōu)良的填料塔必將大量用于工業(yè)生產(chǎn)中。</p><p> 關(guān)鍵字:精餾,填料塔,設(shè)備設(shè)計(jì)</p><p> Methanol recovery distillation column packing design</p><p><b&
13、gt; Abstract</b></p><p> Distillation is drawing on the technology of return to achieve high purity and high recovery rate of the separation operation,In the production of antibiotic drugs, the need
14、for washing with methanol solvent crystals, after washing filter waste solvents methanol, and then carried out on the methanol distillation solvent, thus the use of methanol for recycling.Distillation Operation normally
15、carried out in the tower equipment,equipment is divided into two towers, plate towers and packed tower.Pac</p><p> Keyword:Distillation,Packed tower,Equipment design</p><p><b> 第1章 前言<
16、;/b></p><p> 在煉油、石油化工、精細(xì)化工、食品、醫(yī)藥及環(huán)保等部門,塔設(shè)備屬于使用量大,應(yīng)用面廣的重要單元設(shè)備。塔設(shè)備廣泛應(yīng)用于蒸餾、吸收、萃取、洗滌、傳熱等單元操作中。所以塔設(shè)備的研究一直是國外學(xué)者普遍關(guān)注的重要課題。因此,本文的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。</p><p> 塔設(shè)備按其結(jié)構(gòu)形式基本上可以分為兩類:板式塔和填料塔。以前,在工業(yè)生產(chǎn)中,當(dāng)處理量大時(shí)多
17、用板式塔,處理量小時(shí)采用填料塔。近年來由于填料塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn),新型的高負(fù)荷填料的開發(fā),既提高了塔的通過能力和分離效能又保持了壓降小及性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。因此,填料塔已被推廣到大型氣液操作中。在某些場合還代替了傳統(tǒng)的板式塔。如今,直徑幾米至幾十米的大型填料塔在工業(yè)上已非罕見。隨著對填料塔的研究和開發(fā),性能優(yōu)良的填料塔必將大量用于工業(yè)生產(chǎn)中。</p><p> 填料塔為逐級接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備,它具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、壓
18、降很低、操作彈性大、持液量小等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也有投資費(fèi)用較高、填料易堵塞等缺點(diǎn)。</p><p> 塔型的選擇因素很多,主要因素有物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的制造安裝和維修等。</p><p> 1.與物料有關(guān)的因素</p><p> (1)易起泡的物系在板式塔中有較嚴(yán)重的霧沫夾帶現(xiàn)象引起的液泛,故選用填料塔為宜。因?yàn)樘盍喜灰诵纬膳菽?。本設(shè)計(jì)為分離甲醇—水,故選用
19、填料塔。</p><p> (2)對于易腐蝕介質(zhì),可選用陶瓷或其他耐腐蝕性材料作填料,對于不腐蝕的介質(zhì),則可選用金屬性質(zhì)或塑料填料,而本設(shè)計(jì)為分離甲醇—水,腐蝕性小可選用金屬填料。</p><p> 2.與操作條件有關(guān)的因素</p><p> (1)傳質(zhì)速率受氣膜控制的系統(tǒng),選用填料塔為宜。因填料塔層中液相為膜狀流、氣相湍動,有利于減小氣膜阻力。</p&
20、gt;<p> (2)難分離物系與產(chǎn)品純度要求較高,塔板數(shù)很多時(shí),可采用高效填料。</p><p> (3)若塔的高度有限制,在某些情況下,選用填料塔可降低塔高,為了節(jié)約能耗,故本設(shè)計(jì)選用填料塔。</p><p> (4)要求塔內(nèi)存液量小,停留時(shí)間短、壓降小的物系,宜用規(guī)整填料。</p><p> 本設(shè)計(jì)題目是分離甲醇—水混合液,處理量不太大,
21、為了節(jié)約能耗和降低塔高,所以選用填料塔。</p><p> 第2章 流程確定和說明</p><p><b> 2.1加料方式</b></p><p> 加料方式有兩種:高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料,通過控制液位高度,可以得到穩(wěn)定的流量和流速。通過重力加料,可以節(jié)省一筆動力費(fèi)用。但由于多了高位槽,建設(shè)費(fèi)用相應(yīng)增加;采用泵加料,受泵
22、的影響,流量不太穩(wěn)定,流速也忽大忽小,從而影響了傳質(zhì)效率,但結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便;如采用自動控制泵來控制泵的流量和流速,其控制原理較復(fù)雜,且設(shè)備操作費(fèi)用高。本次設(shè)計(jì)采用高位槽進(jìn)料。</p><p><b> 2.2進(jìn)料狀況</b></p><p> 進(jìn)料狀況一般有冷液進(jìn)料、泡點(diǎn)進(jìn)料。對于冷液進(jìn)料,當(dāng)組成一定時(shí),流量一定,對分離有利,省加熱費(fèi)用。但冷液進(jìn)料受環(huán)境影響較
23、大,對于太原地區(qū)來說,存在較大溫差,且增加塔底蒸汽上升量,增大建設(shè)費(fèi)用。采用泡點(diǎn)進(jìn)料,不僅對穩(wěn)定塔操作較為方便,且不受季節(jié)溫度影響。綜合考慮,設(shè)計(jì)上采用泡點(diǎn)進(jìn)料,泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí),基于恒摩爾流假定,精餾段和提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等,故精餾段和提餾段塔徑基本相等,制造上較為方便。</p><p><b> 2.3塔頂冷凝方式</b></p><p> 塔頂冷凝器采用全
24、凝器,用水冷凝。甲醇和水不反應(yīng),且容易冷凝,故用全凝器。塔頂出來的氣體溫度不高,冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高無需進(jìn)一步冷卻,此次分離也是想得到液體甲醇,選用全凝器符合要求。</p><p><b> 2.4回流方式</b></p><p> 回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。對于小型塔回流冷凝器一般放在塔頂。其優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器無需支撐結(jié)構(gòu),其缺點(diǎn)是回流冷凝器回流控制
25、較難。如果需要較高的塔處理量或塔板數(shù)較多時(shí),回流冷凝器不適合于塔頂安裝。且塔頂冷凝器不易安裝、檢修和清理。在這種情況下,可采用強(qiáng)制回流,塔頂蒸汽可采用冷凝冷卻器以冷凝回流流入塔中。由于本次設(shè)計(jì)處理量較大,故采用強(qiáng)制回流。</p><p><b> 2.5加熱方式</b></p><p> 加熱方式分為直接蒸汽加熱和間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱是用蒸汽直接由塔底進(jìn)入塔
26、內(nèi)。由于重組分是水,故省略加熱裝置。但在一定的回流比條件下塔底蒸汽對回流液有稀釋作用,使理論板數(shù)增加,費(fèi)用增加。間接蒸汽加熱是通過加熱器使釜液部分汽化。上升蒸汽與回流下來的冷凝液進(jìn)行傳質(zhì),其優(yōu)點(diǎn)是使釜液部分汽化,維持原來的濃度,以減少理論板數(shù),缺點(diǎn)是增加加熱裝置。本次設(shè)計(jì)采用間接蒸汽加熱。</p><p><b> 2.6加熱器</b></p><p> 采用釜式
27、(罐式)再沸器,用水蒸氣作加熱劑。將釜液部分汽化,維持了塔內(nèi)原有濃度,減少了理論板數(shù)。</p><p> 第3章 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p> 3.1操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</p><p><b> 3.1.1操作壓力</b></p><p> 精餾操作按操作壓力可以分為常壓、加壓和減壓操作。精餾操作中壓力影響非
28、常大。當(dāng)壓力增大時(shí),混合液的相對揮發(fā)度將減小,對分離不離;當(dāng)壓力減小時(shí),相對揮發(fā)度將增大,對分離有利。但當(dāng)壓力不太低時(shí),對設(shè)備的要求較高,設(shè)備費(fèi)用增加。因此在設(shè)計(jì)時(shí)一般采用常壓蒸餾。當(dāng)常壓下無法完成操作時(shí),則采用加壓或減壓蒸餾。對于甲醇—水系統(tǒng)在常壓下?lián)]發(fā)度相差較大,較易分離,故本設(shè)計(jì)采用常壓精餾。</p><p> 3.1.2氣液平衡關(guān)系及平衡數(shù)據(jù)</p><p> 表3.1甲醇—水
29、平衡時(shí)的t、x、y數(shù)據(jù)[1]</p><p> 根據(jù)以上數(shù)據(jù)繪出x—y平衡圖</p><p><b> %</b></p><p><b> % </b></p><p> 圖3.1 甲醇—水平衡相圖</p><p> 3.1.3物料平衡計(jì)算</p>
30、<p><b> 1.物料衡算</b></p><p> 已知 (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))</p><p> (3-1) 摩爾分率:</p><p><b> (3-2)</b></p><p><b> (3-3)</b></p>
31、<p><b> (3-4)</b></p><p> 進(jìn)料平均相對分子質(zhì)量: </p><p><b> (3-5)</b></p><p><b> 2.氣液平衡</b></p><p> 根據(jù)氣液平衡表3.1(即x—y—t表),利用內(nèi)插法球塔頂溫度
32、tLD,tVD,塔釜溫度tW,進(jìn)料液溫度tF。</p><p> ?。?)塔頂溫度tLD,tVD</p><p><b> (3-6)</b></p><p><b> (3-7)</b></p><p><b> (2)塔釜溫度tW</b></p><
33、;p><b> (3-8)</b></p><p> ?。?)進(jìn)料液溫度tF</p><p><b> (3-9)</b></p><p><b> 3.回流比確定</b></p><p> 由圖3.1可知進(jìn)料平衡曲線為不正常平衡曲線,為減小誤差,用作圖法求最小回
34、流比Rmin,由點(diǎn)a(xD,xD)向平衡線作切線,交于點(diǎn)b(0, 37.85)即精餾段操作線截矩 ,所以,所以Rmin=1.5。</p><p> 操作回流比可取最小回流比的1.1~2.0倍,所以取R=1.5Rmin=1.5×1.5=2.25</p><p> 所以回流比確定為R=2.25</p><p><b> %</b>&
35、lt;/p><p><b> %</b></p><p> 圖3.2 理論塔板數(shù)的圖解</p><p> 3.2精餾塔工藝計(jì)算</p><p><b> 3.2.1物料衡算</b></p><p><b> 物料衡算</b></p>
36、<p> ?。?)已知:F"=50000t,年開工300天, </p><p><b> 進(jìn)料摩爾流量:</b></p><p><b> (3-10)</b></p><p><b> (3-11)</b></p><p> 總物料:
37、 F=D+W (3-12)</p><p> 易揮發(fā)組分: </p><p> 解得: , </p><p> ?。?)塔頂產(chǎn)品的相對分子質(zhì)量</p><p><b&g
38、t; (3-13)</b></p><p><b> 塔頂產(chǎn)品流量:</b></p><p><b> (3-14)</b></p><p> ?。?)塔釜產(chǎn)品相對分子質(zhì)量</p><p><b> (3-15)</b></p><p&g
39、t;<b> 塔釜產(chǎn)品流量:</b></p><p><b> (3-16)</b></p><p><b> (3-17)</b></p><p><b> 2.物料衡算結(jié)果表</b></p><p> 表3.2 物料衡算結(jié)果表</p&g
40、t;<p><b> 3.2.2熱量衡算</b></p><p> 1.加熱介質(zhì)和冷卻劑的選擇</p><p> ?。?)加熱介質(zhì)的選擇</p><p> 常用加熱介質(zhì)有飽和水蒸氣和煙道氣。飽和水蒸氣是一種應(yīng)用最廣的加熱劑。由于飽和水蒸氣冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)很高,可以通過改變蒸汽的壓力準(zhǔn)確的控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣
41、溫度可達(dá)100~1000°C,適用于高溫加熱。缺點(diǎn)是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數(shù)很低,加熱溫度控制困難。本設(shè)計(jì)選用300kPa(溫度為133.3°C)的飽和水蒸氣做加熱介質(zhì),水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管,不但成本會相應(yīng)降低,塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。</p><p><b> ?。?)冷卻劑的選擇</b></p><p> 常用的冷卻劑是水和空氣,因地
42、制宜加以應(yīng)用。受當(dāng)?shù)貧鉁叵拗?,冷卻水一般為10~28°C。如需冷卻到較低溫度,則需采用低溫介質(zhì),如冷凍鹽水、氟利昂等。</p><p> 本設(shè)計(jì)建廠地區(qū)為太原,太原市夏季最熱月平均氣溫為28°C,故選用28°C 的冷卻水,選升溫10°C,即冷卻水出口溫度為38°C。</p><p><b> 2.冷凝器的熱負(fù)荷</b&g
43、t;</p><p> 冷凝器的熱負(fù)荷: </p><p><b> (3-18)</b></p><p> 式中 IVD—塔頂上升蒸汽的焓,kcal·kmol-1;</p><p> ILD—塔頂流出液的焓,kcal·kmol-1。</p><p><
44、;b> (3-19)</b></p><p> 式中 ΔHV甲—甲醇的蒸發(fā)潛熱,kcal·kmol-1;</p><p> ΔHV水—水的蒸發(fā)潛熱,kcal·kmol-1。</p><p> 蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系[1]:</p><p><b> (3-20) </b&
45、gt;</p><p> 式中 Tr—對比溫度。</p><p> 表3.3沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表[1]</p><p> 由沃森計(jì)算塔頂溫度下的潛熱:</p><p><b> (3-21)</b></p><p> 66.03°C時(shí),對甲醇:</p>
46、<p><b> (3-22)</b></p><p><b> (3-23)</b></p><p> 蒸發(fā)潛熱: </p><p> 對水,同理得: </p><p> 蒸發(fā)潛熱: </p><p>
47、對于全凝器做熱量衡算(忽略熱量損失):</p><p> 選擇泡點(diǎn)回流,因?yàn)樗敿状己亢芨?,與露點(diǎn)相近</p><p> 所以: </p><p><b> 代入數(shù)據(jù)得:</b></p><p> 3.冷卻介質(zhì)消耗量:</p><p><b>
48、; (3-24)</b></p><p> 4.加熱器的熱負(fù)荷及全塔熱量衡算</p><p> 選用300kPa(133.3°c)飽和水蒸汽為加熱介質(zhì),列表計(jì)算甲醇、水在不同溫度下混合的比熱容。</p><p> 表 3.4甲醇、水在不同溫度下混合的比熱容[1] 單位:kcal/(kg·°c) </
49、p><p> 甲醇: (3-25)</p><p><b> (3-26)</b></p><p> 水: (3-27)</p><p><b> (3-28)</b></p&
50、gt;<p> (3-29) (3-30) </p><p> 根據(jù)表3.2有: D=2736.3kg/h W=3236.034kg/h</p><p><b> (3-31)</b></p><p> (3-32) </p><p>
51、; 對全塔進(jìn)行熱量衡算: (3-33)</p><p> 為了簡化計(jì)算,以進(jìn)料焓,即77.16°C時(shí)的焓值為基準(zhǔn)做熱量衡算: </p><p> =23592.379+71341.606+2418001.0970</p>
52、;<p> =2465750.2kcal/h=2.47x106kcal/h</p><p> 塔釜熱損失為10%,則η=0.9則:</p><p><b> (3-34)</b></p><p> 式中 加熱器理想熱負(fù)荷,kcal/h;</p><p> 加熱器實(shí)際熱負(fù)荷,kcal/h;&
53、lt;/p><p> 塔頂流出液帶出的熱量,kcal/h;</p><p> 塔底帶出熱量,kcal/h。</p><p><b> 加熱蒸汽消耗量:</b></p><p> (333K,300kPa)[1]</p><p><b> (3-35)</b></p
54、><p> 表3.5熱量衡算結(jié)果數(shù)據(jù)表</p><p> 3.2.3理論板數(shù)計(jì)算</p><p> 由于本次設(shè)計(jì)時(shí)的相對揮發(fā)度是變化的所以不能用簡捷法求得,應(yīng)用圖解法求得。</p><p> 精餾段操作線方程為:</p><p><b> (3-36)</b></p><
55、p> 連接圖3.2點(diǎn),與q先交于d點(diǎn),連接與d點(diǎn),得提餾段操作線。然后由平衡線與操作線可得精餾塔理論塔板數(shù)為11塊,第8層跨過d點(diǎn),即第8層為加料板,故精餾段板數(shù)為7塊,提餾段3塊。</p><p> 3.3精餾塔主要工藝設(shè)計(jì)</p><p> 精餾塔設(shè)計(jì)的主要物性數(shù)據(jù)[1]</p><p> 表3.6不同溫度下甲醇和水的密度</p>&
56、lt;p> 表3.7甲醇--水特殊點(diǎn)粘度[1]</p><p> 3.3.1塔頂條件下的流量及物性參數(shù)</p><p><b> , , </b></p><p> 氣相平均相對分子質(zhì)量:</p><p><b> (3-37)</b></p><p&g
57、t; 液相平均相對分子質(zhì)量: </p><p> 汽相密度: (3-38)</p><p> 液相密度: 查表7,用內(nèi)插法 </p><p><b> (3-39)</b></p><p> 所以:
58、 </p><p><b> 液相粘度:</b></p><p> 查表3.7得 , , (3-40)</p><p> 塔頂出料口質(zhì)量流量:</p><p> 表3.8塔中頂部數(shù)據(jù)結(jié)果表 </p><p>
59、 3.3.2塔底條件下的流量物性參數(shù)</p><p><b> , </b></p><p> 1.液相相對分子質(zhì)量:由于很小,所以液相可視為純水</p><p> 2.氣相密度:tW=99.25°C時(shí)</p><p><b> ?。?-41)</b></p>
60、;<p> 3.液相密度: </p><p> 視同純水,查表3.6得: </p><p><b> 4.液相粘度:</b></p><p> 查表3.7得: , , </p><p> 5.塔底流量:
61、 (3-42)</p><p> 表3.9塔底數(shù)據(jù)結(jié)果表</p><p> 3.3.3進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù)</p><p> F=266.5kmol/h, xF=31.5%, αF=45%</p><p><b> 查表3.1得: </b></p><p> 解得:
62、 y=68.67%=0.6867</p><p> 1.氣體平均相對分子質(zhì)量</p><p><b> (3-43)</b></p><p> 2.液相平均相對分子質(zhì)量</p><p><b> ?。?-44)</b></p><p><b> 3.氣相
63、密度</b></p><p><b> ?。?-45)</b></p><p><b> 4.液相密度</b></p><p> 由表3.6數(shù)據(jù),同上用內(nèi)插法,求出ρ甲=723.84kg/m3,ρ水=973.704kg/m3</p><p><b> ?。?-46)<
64、/b></p><p><b> 5.液相粘度</b></p><p> 查表3.7得: t=77.16°C, µ甲=0.286mPa·s, µ水=0.380mPa·s</p><p><b> ?。?-47)</b></p><p
65、> 6.進(jìn)料流量 </p><p> 表3.10進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果表</p><p> 3.3.4精餾段的流量及物性參數(shù)</p><p> 1.汽相平均相對分子質(zhì)量</p><p><b> ?。?-48)</b></p><p> 2.液相平均相對分子質(zhì)量</
66、p><p><b> ?。?-49)</b></p><p><b> 3.氣相密度</b></p><p><b> ?。?-50)</b></p><p><b> 4.液相密度</b></p><p><b> (
67、3-51)</b></p><p><b> 5.液相粘度</b></p><p><b> ?。?-52)</b></p><p><b> 6.汽相流量</b></p><p><b> (3-53)</b></p>&
68、lt;p><b> 7.液相流量</b></p><p><b> ?。?-54)</b></p><p> 3.3.5提餾段流量及物性參數(shù)</p><p> 1.氣相平均相對分子質(zhì)量</p><p><b> (3-55)</b></p><
69、p> 2.液相平均相對分子質(zhì)量</p><p><b> (3-56)</b></p><p><b> 3.氣相密度</b></p><p><b> (3-57)</b></p><p><b> 4.液相密度</b></p>
70、;<p><b> (3-58)</b></p><p><b> 5.液相粘度</b></p><p><b> (3-59)</b></p><p><b> 6.氣相流量</b></p><p><b> (3-60
71、)</b></p><p><b> 7.液相流量</b></p><p><b> (3-61)</b></p><p> 表3.11精餾段、提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表</p><p><b> 3.4填料的選擇</b></p><p>
72、填料是填料塔的核心構(gòu)件,它提供了氣液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面,與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。目前,填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個(gè)方面進(jìn)行。</p><p> 本設(shè)計(jì)選用規(guī)整填料,金屬板波紋250Y型填料。</p><p> 規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排布、整齊堆砌的填料,規(guī)定了氣液流路,改善了溝流和壁流現(xiàn)象,壓降可以很小,同時(shí)還可以提供更大的比表面積,在同等
73、溶劑中可以達(dá)到更高的傳質(zhì)、傳熱效果。與散裝填料相比,規(guī)整填料結(jié)構(gòu)均勻、規(guī)則、有對稱性,當(dāng)于散裝填料有相同的比表面積時(shí),填料孔隙率更大,具有更大的通量,單位分離能力大。</p><p> 250Y型波紋填料是最早研制并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的板波填料,它具有以下特點(diǎn):</p><p> 1.比表面積與通用散裝填料相比,可提高近一倍,填料壓降較低,通量和傳質(zhì)效率均有較大幅度提高。</p>
74、;<p> 2.與各種通用板式塔相比,不僅傳質(zhì)面積大幅度提高,而且全塔壓降及效率有很大改善。</p><p> 3.工業(yè)生產(chǎn)中氣液質(zhì)均可能帶入“第三項(xiàng)”物質(zhì),導(dǎo)致散裝填料及某些板式塔無法完成操作。鑒于250Y型填料整齊的幾何結(jié)構(gòu),顯示出良好的抗堵性能,因而能在某些散裝填料塔不適宜的場合使用,擴(kuò)大了填料塔的應(yīng)用范圍。</p><p> 鑒于以上250Y型的特點(diǎn),本設(shè)計(jì)本設(shè)
75、計(jì)塔中壓力很低,采用Mellapok-250Y型填料。</p><p><b> 3.5塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p> 3.5.1精餾段塔徑計(jì)算</p><p> 由氣速關(guān)聯(lián)式[4] : (3-62)</p><p> 式中 干填料因子;</p><
76、p> µL—液體粘度,mPa·S;</p><p> A—250Y型為0.291;</p><p> L、G—液體、氣體質(zhì)量流速,m/s;</p><p> 氣體、液體密度kg/m3;</p><p> g—重力加速度,m/s2。</p><p> 精餾段:=1.0435kg/m3
77、, ρL=787.1357kg/m3, ε=0.97, a=250m2/m3,</p><p> µL=0.3435mPa·s, L=6144.120kg/h, G=9734.519kg/h, </p><p> 帶入式中求解得: uf=4.83m/s</p><p> 空塔氣速:
78、 u=0.5uf=0.5×4.83=2.415m/s (3-63)</p><p><b> (3-64)</b></p><p><b> 體積流量: </b></p><p><b> (3-65)</b></p&
79、gt;<p><b> (3-66)</b></p><p> 圓整后:D=1200m,空塔氣速 u=2.13m/s</p><p> 3.5.2提餾段塔徑計(jì)算</p><p><b> , , ,</b></p><p><b> , </b>&
80、lt;/p><p> 所以: </p><p> 空塔氣速: </p><p> 圓整后:D=1200m,空塔氣速u=2.229m/s</p><p> 3.5.3選取整塔塔徑</p><p> 提餾段和精餾段塔徑圓整后D=1200m,為精餾塔塔徑。</p><
81、;p> 3.6填料層高度計(jì)算</p><p> 3.6.1精餾段填料層高度計(jì)算</p><p><b> , </b></p><p> 所以: (3-67)</p><p> 查得: 【5】
82、 (3-68)</p><p> 精餾段填料高度: (3-69)</p><p> 式中 精餾段理論板數(shù)據(jù)根據(jù)圖1.2得7;</p><p><b> 2.8[5]。</b></p><p> 精餾段總壓降:
83、 (3-70)</p><p> 3.6.2提餾段填料層高度計(jì)算</p><p><b> , </b></p><p> 所以: </p><p> 查得: 【5】</p><p> 提餾段填料高
84、度: </p><p> 式中 提餾段理論板數(shù)據(jù)根據(jù)圖1.2得知為3;</p><p><b> 2.8[5]。</b></p><p> 提餾段總壓降: (3-71)</p><p> 3.6.3全塔填料層總壓降</p><p><b
85、> (3-72)</b></p><p> 3.6.4填料總高度 </p><p><b> (3-73)</b></p><p> 3.6.5填料層高度和壓降計(jì)算匯總 </p><p> 表3.12填料層高度和壓降計(jì)算匯總</p&
86、gt;<p> 第4章 塔附件的選型與設(shè)計(jì)</p><p><b> 4.1冷凝器</b></p><p> 本設(shè)計(jì)冷凝器選用重力回流直立或管殼式冷凝器原理,對于蒸餾塔的冷凝器,一般選用列管式,空冷凝螺旋板式換熱器。因本設(shè)計(jì)冷凝器與被冷凝流體溫差不大,所以選用管殼式冷凝器,被冷凝氣體走管間,以便于及時(shí)排除冷凝液。</p><p&
87、gt; 冷卻水循環(huán)與氣體方向相反,即離流式。當(dāng)氣體進(jìn)入冷凝器時(shí),使其液膜厚度減薄,傳熱系數(shù)增大,利于節(jié)省面積,減少材料費(fèi),取冷凝器傳熱系數(shù)K=550kcal/(m2·h·°C)</p><p> 太原地區(qū)夏季最高平均水溫28°C,升溫10°C</p><p><b> (4-1)</b></p>&
88、lt;p><b> (4-2)</b></p><p><b> 4.2加熱器</b></p><p> 選用釜式再沸器,蒸汽選133.3°C飽和水蒸氣,傳熱系數(shù)K=1000kcal/(m2·h·°C)</p><p> Δt=133.3-100=33.3°C
89、</p><p> 由表3.5得 (4-3)</p><p><b> (4-4)</b></p><p> 4.3塔內(nèi)管徑的計(jì)算及選擇</p><p><b> 4.3.1進(jìn)料管</b></p>
90、<p><b> (4-5)</b></p><p> 圓整后: </p><p> 表4.1 進(jìn)料管數(shù)據(jù)[4] 單位:mm</p><p><b> 4.3.2回流管</b&
91、gt;</p><p> 對于直立回流一般0.2~0.5m/s,取WR=0.4m/s</p><p><b> (4-6)</b></p><p> 圓整后: dR=89mm </p><p> 表4.2
92、 回流管數(shù)據(jù)[4] 單位:mm </p><p> 4.3.3塔頂蒸汽接管</p><p> 操作壓力常壓,蒸汽速度WV=20m/s</p><p><b> (4-7)</b></p><p> 圓整后: dV=
93、426mm</p><p> 4.3.4再沸器回流管</p><p> 取出口速度v=20m/s,則</p><p><b> (4-8)</b></p><p> 圓整后: d=426mm</p><p> 4.3.5塔釜出料管</p&g
94、t;<p> 塔釜流出液體速度Ww取0.6m/s</p><p><b> (4-9)</b></p><p> 圓整后: dw=57mm</p><p><b> 4.4液體分布器</b></p><p> 由于此填料塔塔徑為12
95、00mm,選用多孔型直列排管式常壓(重力型)液體分布器。</p><p> 4.4.1回流液體分布器</p><p> 支管內(nèi)徑不得小于15mm和大于45mm,取支管為ø48×4,管子間距為137.5mm,在每根直列排管下部排3排布液孔,孔徑采用ø4,孔中心線與垂線夾角α取30°。 </p><p> 由于用于規(guī)整填料,
96、直列排管式液體分布器直接放在規(guī)整填料上。 </p><p> 表4.3 回流液液體分布器數(shù)據(jù)[4]</p><p> 4.4.2進(jìn)料液分布器 </p><p> 表4.4 進(jìn)料液液體分布器[4]</p><p>
97、; 取支管為ø48×4,管子間距為163mm,在每根直列排管下部排3排布液孔,孔徑采用ø4,孔中心線與垂線夾角α取30°。</p><p> 4.5填料支承板的選擇</p><p> 本設(shè)計(jì)采用的是規(guī)整填料推薦采用格柵支承板,材料選用Q235A。因?yàn)樗膬?nèi)徑為1200mm>800mm,需采用分塊式格柵板。格柵板外徑D=DT-(10~40)
98、mm,故取格柵支承板外徑1180mm。板條間距t=200m,隔板條間距t1≈1.5t,取t1=300mm,分塊格柵板寬度l,l1=400mm。</p><p> 表4.5 支承板尺寸及能支承的填料層高度[4]</p><p> 表4.6 支持圈尺寸[4]</p><p><b> 4.6塔釜設(shè)計(jì)</b></p><p&
99、gt; 料液在釜內(nèi)停留5min,裝填系數(shù)取0.5</p><p> 塔釜液量: (4-10)</p><p> 塔釜體積: (4-11)</p><p><b> (4-12)</b></p><
100、;p><b> (4-13)</b></p><p><b> 4.7裙座設(shè)計(jì) </b></p><p> 塔底常用裙座支撐,裙座的結(jié)構(gòu)性能好,連接處產(chǎn)生的局部阻力小,所以它是塔設(shè)備的主要支座形式,為了制作方便,一般采用圓筒形。裙座壁厚取10mm??紤]到再沸器裙座高度取3m.地腳螺栓直徑取M42.裙座筒體上端面至塔釜封頭切線距離h=6
101、1mm。</p><p><b> 4.8吊柱</b></p><p> 對于較高的室外無框架的整體塔,在塔頂設(shè)置吊柱,對于補(bǔ)充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件,及經(jīng)濟(jì)又方便的一項(xiàng)設(shè)施,本設(shè)計(jì)塔高將近15m,因此設(shè)吊柱。因設(shè)計(jì)塔徑D=1200mm,選用吊柱500kg。</p><p> 表4.7 塔頂?shù)踔鶚?biāo)準(zhǔn)系列尺寸[4]</p>
102、<p><b> 4.9人孔</b></p><p> 人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道,人孔的設(shè)置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔盤。填料塔人孔可設(shè)置在每段填料的上、下方,同時(shí)兼作填料裝卸孔用。人孔設(shè)置一般在氣液進(jìn)出口等經(jīng)常維修清理的部位,另外塔頂和塔釜也各設(shè)一人孔。故本設(shè)計(jì)設(shè)置3個(gè)人孔,每個(gè)孔直徑為450mm,裙座上設(shè)置2個(gè)人孔,直徑為450mm,人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平,其
103、邊緣需到棱和磨圓,人孔法蘭的密封面形式及墊片用材,一般與塔的接管法蘭相同,本設(shè)計(jì)也是如此。由于此次設(shè)計(jì)的操作壓力為常壓,采用結(jié)構(gòu)比較簡單的常壓人孔。</p><p> 表4.8垂直吊蓋板式平焊法蘭人孔尺寸[5] 單位/mm </p><p><b> 4.10法蘭</b></p>
104、<p> 由于常壓操作,所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭,突面板式平焊管法蘭,由不同的公稱直徑選用相應(yīng)的法蘭。</p><p> 表4.9 PN0.25MPa板式平焊鋼制管法蘭[5] 單位:mm</p><p><b> 4.11除沫器</b></p><p> 當(dāng)空塔氣速較大,塔頂帶液現(xiàn)象嚴(yán)重,以及工藝過程中不
105、許出塔氣速夾帶霧滴的情況下,設(shè)置除沫器以減少液體夾帶損失,確保氣體純度,保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及程流除沫器。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器,其具有表面極大、重量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)人孔在絲網(wǎng)除沫器下方,所以采用下裝式絲網(wǎng)除沫器。</p><p> 絲網(wǎng)除沫器直徑由氣體通過絲網(wǎng)的最大氣速決定:</p><p><b> (4-14)
106、</b></p><p> 式中: k—比例系數(shù),通常取0.085~1.0;</p><p> —液相密度,kg/m3;</p><p> —?dú)庀嗝芏?,kg/m3。</p><p> 實(shí)際氣速取最大氣速的0.75~0.8,則:</p><p> 除沫器直徑:
107、 (4-15)</p><p> 表4.10 下裝式絲網(wǎng)除沫器基本參數(shù)[5] </p><p> 第5章 塔總體高度設(shè)計(jì)</p><p> 5.1塔頂部空間高度</p><p> 塔的頂部空間高度是指精餾段填料上部到塔頂封頭的直線距離,取除沫器到提餾段填料上部的距離為900mm,塔頂部
108、空間高度為1200mm。</p><p> 5.2進(jìn)料部位空間高度</p><p> 進(jìn)料部分空間高度是指提餾段填料上部到精餾段填料的下部的直線距離取為1000mm。</p><p><b> 5.3塔立體高度</b></p><p> H=H填料+H釜+H裙+H封+H頂+H進(jìn)料+H頂部接管+h</p>
109、;<p> =3.57+2+3+0.335+1.2+1+0.15+0.086=11.341m</p><p> 第6章 塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)</p><p><b> 6.1設(shè)計(jì)條件</b></p><p> 塔體內(nèi)徑Di=1200m,塔高近似取H=12m。</p><p> 計(jì)算壓力Pc=0.11
110、MPa,設(shè)計(jì)溫度t=100°C。</p><p> 設(shè)置地區(qū):基本風(fēng)壓值q。=300N/m2;地震設(shè)防強(qiáng)度為8級;場地土類;B類。</p><p> 塔內(nèi)釜液殘留為,釜液密度。</p><p> 從塔底向上在3501mm、6671mm、10271mm三處開設(shè)三個(gè)人孔,相應(yīng)在人孔處安裝半圓形平臺3個(gè),平臺寬度為B=900mm,高度為1000mm。<
111、;/p><p> 塔體與封頭材料選用16MnR,其【δ】t=170MPa,【δ】=170MPa,δs=345MPa,Et=1.9×105MPa。</p><p> 裙座材料選用Q235-B。</p><p> 塔體與裙座對接焊接,塔體焊接接頭系數(shù)ø=0.85。</p><p> 塔體與封頭壁厚附加量取C=3mm,裙座厚
112、度附加量C=2mm。</p><p> 精餾塔其他有關(guān)尺寸詳見裝配圖。</p><p> 6.2按壓力計(jì)算筒體和封頭厚度</p><p> 筒體計(jì)算厚度: (6-1)</p><p> 封頭計(jì)算厚度: (6-2)</p><p> 加上厚度附加量C=3mm,并
113、圓整,還應(yīng)考慮多種載荷因素,以及制造、運(yùn)輸、安裝等因素,取:</p><p> 筒體的名義厚度,有效厚度 (6-3)</p><p> 封頭的名義厚度,有效厚度</p><p> 裙座的名義厚度,有效厚度</p><p><b> 6.3塔的質(zhì)量計(jì)算</b></p><
114、p> 6.3.1塔殼和裙座的質(zhì)量</p><p><b> 1.圓筒的質(zhì)量</b></p><p> 塔體圓筒總高度: H=2+3.57+2.2-0.04=7.73m</p><p> 一米高筒體的質(zhì)量m=298kg[5],則塔體圓筒總質(zhì)量: </p><p> m1=7.73m=7.73
115、×298=2303.54kg</p><p><b> 2.封頭質(zhì)量</b></p><p> 查得DN1200mm,厚度10mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭質(zhì)量128.3kg,(封頭曲面深度300mm,直邊高度40mm)</p><p> 封頭質(zhì)量: m2=128.3×2=256.6kg</p>
116、<p><b> 3.裙座質(zhì)量</b></p><p> 裙座高度3000mm,一米高筒體的質(zhì)量m=298kg[5],則裙座質(zhì)量: </p><p> m3=298×3=894kg</p><p> m01=m1+m2+m3=2690.94+256.6+894=3841.54kg</p><
117、p> 6.3.2塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量</p><p> 每立方米250Y波紋孔板規(guī)整填料的質(zhì)量為200kg,填料總高度3.57m。</p><p><b> (6-4)</b></p><p> 6.3.3平臺扶梯質(zhì)量</p><p> 由[7]中的塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì),采用鋼制平臺,其質(zhì)量為qp=150kg/m2,
118、采用籠式扶梯,籠式扶梯質(zhì)量qF=40kg/m,籠式扶梯總高度HF=10m,平臺數(shù)量n=3 (6-5) </p><p><b> =1840kg</b></p><p> 6.3.4操作時(shí)物料重量</p><p> 操作時(shí),料液在釜內(nèi)停留15min,料液體積 </p>&
119、lt;p><b> ?。?-6)</b></p><p> 釜液密度: 。</p><p> m04=895.667×1.15=3097.23kg</p><p><b> 6.3.5附件質(zhì)量</b></p><p> 按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為:ma=0.25m01=
120、0.25×3841.54=906.385kg (6-7)</p><p><b> 6.3.6沖水質(zhì)量</b></p><p><b> (6-8) </b></p><p> 6.3.7全塔操作質(zhì)量</p><p> m0=m01+m02+m0
121、3+m04+ma=3841.54+807.1+1840+3097.23+906.385=10492.25kg (6-9)</p><p> 6.3.8全塔最大質(zhì)量</p><p> mmax=m01+m02+m03+m04+ma+mw=m0+mw=10492.25+10716=21208.25kg (6-10)</p><p> 6.3
122、.9全塔最小質(zhì)量</p><p> mmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma=3841.54+0.2×807.1+1840+3097.23+906.385 (6-11)</p><p> =9846.59kg</p><p> 表6.1塔的分段及各段質(zhì)量 單位:kg </p>
123、<p> 6.4塔的自振周期計(jì)算</p><p> 因?yàn)镠/Di=12000/1200=10,可以不考慮振型影響。塔的基本自振周期[6]</p><p><b> ?。?-12)</b></p><p><b> 6.5地震載荷計(jì)算</b></p><p> 由[8]表9-22查得
124、:(設(shè)計(jì)地震強(qiáng)度為7級)</p><p> 由[8]表9-22查得:(二類場地土,近震)</p><p> 地震影響系數(shù): (6-13)</p><p> 結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)CZ=0.5。</p><p> 確定危險(xiǎn)截面,0-0截面為裙座基底截面,1-1截面為裙座人孔處截面,2-2截面為裙
125、座與塔體焊縫處截面。</p><p> 計(jì)算危險(xiǎn)截面的地震彎矩:</p><p><b> 0-0截面:</b></p><p><b> (6-14)</b></p><p><b> 1-1截面:</b></p><p><b>
126、?。?-15)</b></p><p> 式中: h—計(jì)算截面距地面的高度,mm</p><p> CZ—結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù),取CZ=0.5</p><p> α1—對應(yīng)于塔基本自振周期T1的地震</p><p><b> 2-2截面:</b></p><p><b&
127、gt; ?。?-16)</b></p><p><b> 6.6風(fēng)載荷計(jì)算</b></p><p><b> 6.6.1風(fēng)力計(jì)算</b></p><p> 1.風(fēng)振系數(shù) 各計(jì)算塔段的風(fēng)振系數(shù)K2i由【3】 (6-17) </p><p&
128、gt; 式計(jì)算,式中: 脈動增大系數(shù);</p><p> 第i計(jì)算段脈動影響系數(shù);</p><p> 第i計(jì)算段振型系數(shù);</p><p><b> 風(fēng)壓高度變化系數(shù);</b></p><p> 表6.2 各塔段的風(fēng)振系數(shù)</p><p> 2.有效直徑Dei 設(shè)籠式扶梯與塔頂管線
129、成90°角,取平臺構(gòu)件的投影面積</p><p> ∑A=0.5m2,則Dei取下式計(jì)算之中的較大者。</p><p><b> (6-18)</b></p><p><b> ?。?-19)</b></p><p> 式中: 塔器第i計(jì)算段的保溫層厚度,mm;</p&g
130、t;<p> 籠式扶梯當(dāng)量寬度,當(dāng)無確切數(shù)據(jù)時(shí),可取K3=400mm;</p><p> 操作平臺當(dāng)量寬度,mm; </p><p> 操作平臺所在的計(jì)算段長度,mm;</p><p> 第i計(jì)算段內(nèi)平臺構(gòu)件的投影面積,mm2;</p><p> do—塔頂管線外徑,mm;</p><p>
131、 管線保溫層厚度,mm。</p><p> 此次設(shè)計(jì)中塔和管線沒設(shè)保溫層,即,塔頂管線外徑,K3=400mm。</p><p> 表6.3 各塔段的有效直徑 單位:mm</p><p> 3.水平風(fēng)力計(jì)算 兩相鄰計(jì)算截面間的水平風(fēng)力: (6-20) </p><p> 式中 Pi
132、—塔器第i計(jì)算段的水平風(fēng)力,N;</p><p> q0—基本風(fēng)壓值,N/m2;</p><p> fi—風(fēng)壓高度變化系數(shù);</p><p> li—塔第i計(jì)算段長度,mm;</p><p> K1—塔型系數(shù),取K1=0.7;</p><p> K2i—塔器第i計(jì)算段的風(fēng)振系數(shù),當(dāng)塔高H≤20m時(shí),K2i=1
133、.7。</p><p> 表6.4 各塔段水平風(fēng)力計(jì)算結(jié)果</p><p> 6.6.2風(fēng)彎矩計(jì)算 </p><p><b> 0-0截面: </b></p><p><b> ?。?-21)</b></p><p> =233150+6621900+3138300
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