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1、畢業(yè)設計 循環(huán)苯精餾塔設計 學校：天津職業(yè)大學 學院：生物與環(huán)境工程學院 專業(yè)：化工設備檢修技術 學號：150231131 班級：15化設1班 指導教師：吳靜 姓名：王建文 簡介：本設計是苯、乙苯分離工藝流程中從烴化液分離出苯的一個精餾裝置,設計的是板式塔中的浮閥塔，精餾過程采用板式塔實現(xiàn)，塔盤形式采用浮閥塔。設計過程中首先依據(jù)分離工藝過程要求對塔設備進行了工藝計算，確定了塔徑、塔高、塔盤數(shù)量和溢流堰等工藝結構尺寸,并對塔附屬設備進行了選型；接著對塔設備進行零部件結構設計，確定了塔盤、降液管、溢流堰和封頭等結構；隨后依據(jù)GB150-

2、2011《壓力容器》和NB/T47041-2014《塔式容器》等關于壓力容器設計方面的國家標準和相關設計手冊對塔設備進行了強度計算和穩(wěn)定性校核，進一步確定了封頭、塔體和裙座的壁厚，并對一些危險截面進行風載荷和地震載荷的校核計算，最后對幾種焊接接頭進行說明并對塔設備的焊接、制造和檢驗提出了具體要求。 精餾塔國內(nèi)外發(fā)展狀況及現(xiàn)狀 氣－液傳質設備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔為逐級接觸型氣－液傳質設備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最

3、早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀五十年代以后，隨著石油、化學工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實際使用情況看，主要的塔板類型為篩板塔、浮閥塔及泡罩塔，而前者使用尤為廣泛。在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護等工業(yè)部門，塔設備是一種重要的單元操作設備。它的應用面廣、量大。據(jù)統(tǒng)計，塔設備無論其投資費還是所有消耗的鋼材重量，在整個過程裝備中所占的比例都相當高。 精餾塔國內(nèi)外發(fā)展狀況及現(xiàn)狀 氣－液傳質設備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既

4、可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔為逐級接觸型氣－液傳質設備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀五十年代以后，隨著石油、化學工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實際使用情況看，主要的塔板類型為篩板塔、浮閥塔及泡罩塔，而前者使用尤為廣泛。在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護等工業(yè)部門，塔設備是一種重要的單元操作設

5、備。它的應用面廣、量大。據(jù)統(tǒng)計，塔設備無論其投資費還是所有消耗的鋼材重量，在整個過程裝備中所占的比例都相當高。 精餾原理 精餾是分離液體混合物最常用一種單元操作，在化工、煉油等工業(yè)中應用很廣。它通過汽、液兩相的直接接觸，利用組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向汽相傳遞，難揮發(fā)的由汽相向液相傳遞，是汽、液兩相之間的傳質過程。精餾過程中，料液自塔的中部某適當?shù)奈恢眠B續(xù)地加入塔內(nèi)，塔頂設有冷凝器將塔頂蒸汽冷凝為液體。冷凝液的一部分回入塔頂，稱為回流液，其余作為塔頂產(chǎn)品（餾出液）連續(xù)排出。在塔內(nèi)上半部（加料位置以上）上升蒸汽和回流液體之間進行著逆流接觸和物質傳遞。塔底部裝有再沸器（蒸

6、餾釜）以加熱液體產(chǎn)生蒸汽，蒸汽沿塔上升，與下降的液體逆流接觸并進行物質傳遞，塔底連續(xù)排出部分液體作為塔底產(chǎn)品。塔的上半部分（加料位置以上）稱為精餾段，塔的下半部分包括再沸器（蒸餾釜）稱為提餾段。精餾用于比較難分離的體系，用普通的精餾不能分離的體系則可用特殊的精餾。特殊精餾是在物系中加入第三組分，改變被分離組分的活度系數(shù)，增大組分間的相對揮發(fā)度，達到有效分離的目的。 苯和乙苯的性質 苯（benzene，C?H?)有機化合物，是組成結構最簡單的芳香烴，在常溫下為一種無色、有甜味、油狀的透明液體，其密度小于水，具有強烈的特殊氣味?？扇?，有毒，為IARC第一類致癌物。苯不溶于水，易溶于有機

7、溶劑，本身也可作為有機劑。熔點為5.5℃，沸點為80.1℃。如用水冷卻，可凝成無色晶體。苯的性質是易取代，難氧化，難加成。苯是一種石油化工基本原料。苯的產(chǎn)量和生產(chǎn)的技術水平是一個國家石油化工發(fā)展水平的標志之一。苯具有的環(huán)系叫苯環(huán)，是最簡單的芳環(huán)。 乙苯（ethylbenzene，C6H5C2H5）是一個芳香族的有機化合物，主要用途是在石油化學工業(yè)作為生產(chǎn)苯乙烯的中間體，所制成的苯乙烯一般被用來制備常用的塑料制品——聚苯乙烯。乙苯經(jīng)過催化脫氫，生成氫氣和聚苯乙烯。乙苯也存在與某些顏料中。外觀與性狀：無色液體，有芳香氣味。熔點(℃)：-94.9。沸點(℃)：136.2。相對密度(水=1)：0.8

8、7。相對蒸汽密度(空氣=1)：3.66。飽和蒸汽壓(kPa):1.33(25.9℃)。臨界溫度(℃)：343.1。臨界壓力(MPa)：3.70。閃點(℃)：15。引燃溫度(℃)：432。溶解性：不溶于水，可混溶于乙醇、醚等多數(shù)有機溶劑。摩爾折射率：8.96,摩爾體積（m3/mol）：45.7。等張比容（90.2K）：91.5,表面張力（dyne/cm）：16.0。介電常數(shù)：3.24,偶極距（10-24cm3）：,極化率：3.55。 塔設備的選型 填料塔與板式塔的比較 填料塔 板式塔 壓降 小尺寸填料，壓降較大，而大尺寸填料 及規(guī)整填料，則壓降較小 較大 空塔氣速

9、 小尺寸填料氣速較小，而大尺寸填料 及規(guī)整填料則氣速可較大 較大 塔效率 傳統(tǒng)的填料，效率較低，而新型亂堆 及規(guī)整填料則塔效率較高 較穩(wěn)定 效率較高 液-氣比 對液體量有一定要求 較大 持液量 較小 較大 安裝 檢修 較難 較易 材質 金屬及非金屬材料均可 一般用金屬材料 造價 新型填料，投資較大 大直徑時造價較低 綜合考慮上表各項，板式塔由于比填料塔性能穩(wěn)定、效率高、安裝檢修方便及造價低等優(yōu)點，本設計選用板式塔 塔板的類型與選擇 塔板是板式塔的主要構件，分為錯流式塔板和逆流式塔板兩類，工業(yè)應用以錯流式塔板為主，常用的錯流式塔板

10、主要有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔等。其中泡罩塔是工業(yè)上應用最早的塔板，其主要元件為升氣管及泡罩。它的優(yōu)點是操作彈性較大，液氣比范圍大，不易堵塞，適于處理各種物料，操作穩(wěn)定可靠。其缺點是結構復雜，造價高；板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)效率及板效率較低。 篩孔塔板簡稱篩板，結構特點為塔板上開有許多均勻的小孔。篩板的特點是結構簡單，造價低；板上液面落差小，氣體壓強低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質效率較高。其缺點是篩孔易堵塞不宜處理易結焦、粘度大的物料。 浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎上發(fā)展起來的。其結構特點是在塔板上開有若干閥孔，每個閥孔裝有一個可以上下浮動的閥片。它的優(yōu)點是

11、結構簡單、制造方便、造價低；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大，操作彈性大及塔板效率高等優(yōu)點，且加工方便，故有關浮閥塔板的研究開發(fā)較其他幾種塔型的塔板廣泛，是目前新型塔板研究開發(fā)的主要方向 裙座 采用圓錐形裙座，塔底常用裙座支撐，裙座的結構性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設備的主要支座形式。因為本設計塔直徑小，塔高度過高，采用圓錐形裙座可提高設備的穩(wěn)定性，降低基礎環(huán)支撐面上的應力，增加承壓面積。裙座與塔體的連接采用焊接，焊接接頭形式采用對接接頭的形式，焊縫采用全焊透連續(xù)焊。 除沫器的設計 采用絲網(wǎng)除沫器，絲網(wǎng)除沫器是一氣液分離裝置，氣體通過除沫器的絲墊，可除去夾帶的霧沫，結構簡

12、單體積小，除沫效率高，阻力小，重量輕，安裝、操作、維修方便，絲網(wǎng)除沫器對粒徑≥3~5um的霧沫，捕集效率達98%-99.8%，而氣體通過除沫器的壓力降卻很小，只有250-500Pa，有利于提高設備的生產(chǎn)效率。設計時人孔在絲網(wǎng)除沫器下方，所以采用下式絲網(wǎng)除沫器 1塔體上每隔8米左右開設一個人孔，其4個人孔 2相應在人孔處安裝操作平臺，平臺寬B=900mm，單位質量150kg/m2,包角180 3塔體外表面保溫層厚度 4塔器設置地區(qū)的基本風壓值 5地震設防烈度為7度 6場地土為Ⅱ類場地土 7支座為Φ1400，Φ200，高度的圓錐形裙座 8塔體焊接接頭系數(shù)，塔體與裙座對接焊 9

13、塔體與封頭的壁厚附加量C=2mm 裙座的壁厚附加量C=2mm 10筒體與封頭材料用20R 裙座材料用Q235-A 主要工藝參數(shù) 數(shù)據(jù) 塔體內(nèi)徑Di/mm 1500 塔高H/mm 36000 計算壓力pc/MPa 0.05 操作溫度t/ 150 塔板數(shù)Np 48 塔盤上清液層高度hL/mm 83 液相介質密度L(kg/m3) 752.5 塔釜深度h0/mm 1500 扶梯高度HF/mm 35000 筒體計算厚度： （0.05*1500）/（2*123*0.85-0.05）=0.36mm = - 封頭計算厚度： （0.05*

14、1500*1）/（2*123*0.85-0.5*0.05）=0.36mm 加上厚度附加量 C=2mm, 并圓整，還應考慮多種載荷，以及制造、運輸、安裝等因素，?。? 所以筒體的名義厚度Sn=7 封頭的名義厚度Shn=7 圓筒質量 塔體圓筒總高度 Ho=36-5-0.65=31.35m =11668.4669Kg 裙座質量 保溫材料質量 -- = 精餾所進行的是氣、液兩相之間的傳質，而作為氣、液兩相傳質用的塔設備首先必須 要能使氣、液兩相得到充分接觸，以達到較高的傳質效率。塔設備設計要具備下列各種基 本要求： 1、氣、液處理量大，即當生產(chǎn)能力大時，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。 2、操作穩(wěn)定，彈性大，即當塔設備的氣、液負荷有較大范圍的變動，仍能在較高的傳質效率下進行穩(wěn)定操作，并應保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。 3、流體流動的阻力少，可降低操作費用。 4、結構簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。 5、耐腐蝕和不易堵塞，方便操作，調節(jié)和檢修。 6、塔內(nèi)的滯留量要小 = - = f s