甲醇水分離塔畢業(yè)設計,甲醇,水分,水份,畢業(yè)設計 甲醇水分離塔設計 摘要 篩板塔是傳質(zhì)過程常用的塔設備，它的主要優(yōu)點有：⑴ 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。 ⑵ 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。 ⑶ 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。⑷ 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30％左右。雖然篩板塔有： ⑴ 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 ⑵ 操作彈性較小(約2～3)。⑶ 小孔篩板容易堵塞等缺點。但它由于具有前述的一些優(yōu)點，因而在化工，石油，能源等行業(yè)的應用中仍處于板式塔應用的主導地位。本次論文以介質(zhì)的性質(zhì)、溫度和壓強，以及公稱直徑和當?shù)刈匀画h(huán)境為設計條件，綜合考慮各方面的因素選定板式篩板塔，具體步驟主要包括殼體、封頭壁厚的設計與較核，基礎環(huán)板，裙座等零部件的設計，同時結(jié)合所選定的材料和工作環(huán)境制定相應的焊接工藝和制作、組裝和加工工藝。 關鍵詞 篩板塔；塔盤；降液管 Abstract The sieve-plate column is commonly used in mass transfer tower equipment, its main advantages: ⑴ structural valve tower more than a simple, easy processing, and cost about 60% of bubble tower, tower float valve for about 80% . ⑵ processing capacity, than the diameter of the blister with tower 10 ~ 15% increase. ⑶ tray efficiency higher than that Blister tower about 15% higher. ⑷ lower pressure drop per plate bubble tower pressure than about 30%. Although the sieve-plate column are: ⑴ tray installation require a higher degree level, or gas-liquid contact with uneven. Operating flexibility ⑵ small (about 2 ~ 3). ⑶ small plate, such as easy to plug the shortcomings. But it is because of some of the advantages mentioned above, which in the chemical, petroleum, energy and other industries are still in the application of the application tray column dominance. The thesis of the nature of media, temperature and pressure, as well as the nominal diameter for the design of the natural environment and local conditions, concrete steps to include the shell, head of design and wall thickness more nuclear, based on the Central board, and other parts of the skirt design, combined with selected materials and the working environment to develop the corresponding welding technology and production, assembly and processing technology. Key words sieve-plate column; tray; downcomer 目錄 甲醇水分離塔設計………………………………………………….I 摘要 I 關鍵詞 I Abstract II 目錄………………………………………………………………..III 第一章 概述……………………………………………………..1 1.1板式精餾塔的簡介……………………………………………..1 1.2板式精餾技術及發(fā)展 4 第二章 塔結(jié)構(gòu)設計……………………………………………...5 2.1塔設計內(nèi)容 5 2.1.1設計參數(shù)………………………………………………………5 2.1.2塔結(jié)構(gòu)簡圖……………………………………………………5 2.2主體材料強度指標 7 2.3筒體、封頭壁厚確定 7 2.3.1筒體厚度計算 7 2.3.2封頭厚度計算 7 2.4塔體上各項載荷計算 8 2.4.1塔質(zhì)量 8 2.4.2風載荷和風彎矩計算 9 2.4.3地震力及地震彎矩計算 11 2.4.4最大彎矩 13 2.5塔體的強度及軸向穩(wěn)定性驗算 14 2.5.1塔體2-2截面的各項軸向應力計算 14 2.5.2塔體2-2截面抗壓強度及軸向穩(wěn)定性驗算 14 2.6裙座的強度及穩(wěn)定性校核 15 2.6.1裙座底部0-0截面軸向應力計算 15 2.6.2裙座檢查孔1-1截面強度校核 15 2.6.3裙座焊縫強度校核 16 2.7壓試驗時塔的強度和穩(wěn)定性驗算 16 2.7.1水壓試驗時塔體2-2截面的強度校核 16 2.7.2水壓試驗時裙座底部0-0截面的強度和軸向穩(wěn)定性校核 17 2.8基礎環(huán)板設計 17 2.8.1基礎環(huán)板內(nèi)外徑的確定 17 2.8.2混泥土強度校核 17 2.8.3基礎環(huán)板厚度設計 18 2.8.4地腳螺栓的設計 19 2.8.5筋板的設計與計算 20 2.8.6蓋板的設計和計算 21 2.9開孔及開孔補強 22 2.9.1工藝水進口N03開孔及開孔補強 22 2.9.2貧甲醇進口N07開孔及開孔補強 24 2.9.3工藝水出口N02開孔及開孔補強 26 2.9.4人孔開孔及其開孔補強 28 2.10接管和法蘭的選用 31 第三章 甲醇水分離塔輔助裝置以及附件………………………32 3.1回流冷凝器 32 3.1.1整體式 32 3.1.2自流式 32 3.1.3強制循環(huán)式 33 3.2管殼式換熱器的設計與選型 33 3.2.1流體流動阻力（壓強降）的計算 33 3.2.2管殼式換熱器的選型 34 3.3再沸器 35 3.4加熱蒸氣鼓泡管 36 3.5離心泵的選擇 37 第四章 塔設備的制造、安裝…………………………………….38 4.1制造要求 38 4.2組裝要求 38 4.3焊接及其特點 39 4.4熱處理 40 4.5大型塔設備的安裝 40 設計總結(jié)…………………………………………………………..42 致謝………………………………………………………………..44 參考文獻…………………………………………………………..45 附錄I 主要符號說明……………………………………………46 51 第一章 概述 1.1板式精餾塔的簡介 塔器在石油化工行業(yè)中具有廣泛的應用。從原料的精制，中間產(chǎn)物的分離，到產(chǎn)品的提純和廢水、廢氣的處理都有賴于化工分離技術和化工塔器。由于分離過程是耗能過程，設備數(shù)量多，規(guī)模大，對工業(yè)生產(chǎn)的技術經(jīng)濟指標起著重要的作用。 精餾塔是進行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔。有板式塔與填料塔兩種主要類型。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。蒸氣由塔底進入，與下降液進行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點)組分不斷地向蒸氣中轉(zhuǎn)移，蒸氣中的難揮發(fā)(高沸點)組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，蒸氣愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，達到組分分離的目的。由塔頂上升的蒸氣進入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。塔底流出的液體，其中的一部分送入再沸器，熱蒸發(fā)后，蒸氣返回塔中，另一部分液體作為釜殘液取出。 氣－液傳質(zhì)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，本設計是板式塔，所以將只介紹板式塔 板式塔是一類用于氣液或液液系統(tǒng)的分級接觸傳質(zhì)設備，由圓筒形塔體和按一定間距水平裝置在塔內(nèi)的若干塔板組成（圖1）。廣泛應用于精餾和吸收,有些類型（如篩板塔）也用于萃取，還可作為反應器用于氣液相反應過程。操作時（以氣液系統(tǒng)為例），液體在重力作用下,自上而下依次流過各層塔板,至塔底排出；氣體在壓力差推動下，自下而上依次穿過各層塔板，至塔頂排出。每塊塔板上保持著一定深度的液層，氣體通過塔板分散到液層中去，進行相際接觸傳質(zhì)。 工業(yè)上最早出現(xiàn)的板式塔是篩板塔和泡罩塔。篩板塔出現(xiàn)于1830年，很長一段時間內(nèi)被認為難以操作而未得到重視。泡罩塔結(jié)構(gòu)復雜，但容易 操作，自1854年應用于工業(yè)生產(chǎn)以后，很快得到推廣，直到20世紀50年代初，它始終處于主導地位。第二次世界大戰(zhàn)后，煉油和化學工業(yè)發(fā)展迅速，泡罩塔結(jié)構(gòu)復雜、造價高的缺點日益突出，而結(jié)構(gòu)簡單的篩板塔重新受到重視。通過大量的實驗研究和工業(yè)實踐，逐步掌握了篩板塔的操作規(guī)律和正確設計方法，還開發(fā)了大孔徑篩板，解決了篩孔容易堵塞的問題。因此，50年代起，篩板塔迅速發(fā)展成為工業(yè)上廣泛應用的塔型。與此同時，還出現(xiàn)了浮閥塔，它操作容易，結(jié)構(gòu)也比較簡單，同樣得到了廣泛應用。而泡罩塔的應用則日益減少，除特殊場合外，已不再新建。60年代以后,石油化工的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大,大型塔的直徑已超過10m。為滿足設備大型化及有關分離操作所提出的各種要求，新型塔板不斷出現(xiàn)，已有數(shù)十種。 　　塔板又稱塔盤，是板式塔中氣液兩相接觸傳質(zhì)的部位，決定塔的操作性能，通常主要由以下三部分組成： 　　①　氣體通道　為保證氣液兩相充分接觸，塔板上均勻地開有一定數(shù)量的通道供氣體自下而上穿過板上的液層。氣體通道的形式很多，它對塔板性能有決定性影響，也是區(qū)別塔板類型的主要標志。篩板塔塔板的氣體通道最簡單，只是在塔板上均勻地開設許多小孔（通稱篩孔）,氣體穿過篩孔上升并分散到液層中（圖2）。泡罩塔塔板的氣體通道最復雜，它是在塔板上開有若干較大的圓孔，孔上接有升氣管，升氣管上覆蓋分散氣體的泡罩（圖3）。浮閥塔塔板則直接在圓孔上蓋以可浮動的閥片,根據(jù)氣體的流量,閥片自行調(diào)節(jié)開度（圖4）。 　　②　溢流堰　為保證氣液兩相在塔板上形成足夠的相際傳質(zhì)表面,塔板上須保持一定深度的液層，為此,在塔板的出口端設置溢流堰。塔板上液層高度在很大程度上由堰高決定。對于大型塔板，為保證液流均布，還在塔板的進口端設置進口堰。 　?、邸〗狄汗堋∫后w自上層塔板流至下層塔板的通道，也是氣（汽）體與液體分離的部位。為此，降液管中必須有足夠的空間，讓液體有所需的停留時間。此外，還有一類無溢流塔板，塔板上不設降液管，僅是塊均勻開設篩孔或縫隙的圓形篩板。操作時，板上液體隨機地經(jīng)某些篩孔流下，而氣體則穿過另一些篩孔上升。無溢流塔板雖然結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，板面利用率高，但操作彈性太小，板效率較低，故應用不廣。 操作特性： 各種塔板只有在一定的氣液流量范圍內(nèi)操作，才能保證氣液兩相有效接觸，從而得到較好的傳質(zhì)效果?？捎盟遑摵尚阅軋D(圖5)來表示塔板正常操作時氣液流量的范圍，圖中的幾條邊線所表示的氣液流量限度為：①漏液線。氣體流量低于此限時，液體經(jīng)開孔大量泄漏。②過量霧沫夾帶線。氣體流量高于此限時，霧沫夾帶量超過允許值，會使板效率顯著下降。③液流下限線。若液體流量過小，則溢流堰上的液層高度不足，會影響液流的均勻分布，致使板效率降低。④液流上限線。液體流量太大時，液體在降液管內(nèi)停留時間過短,液相夾帶的氣泡來不及分離,會造成氣相返混，板效率降低。⑤液泛線。氣液流量超過此線時，引起降液管液泛，使塔的正常操作受到破壞。如果塔板的正常操作范圍大，對氣液負荷變化的適應性好，就稱這些塔板的操作彈性大。浮閥塔和泡罩塔的操作彈性較大，篩板塔稍差。這三種塔型在正常范圍內(nèi)操作的板效率大致相同。 　　工業(yè)要求：⑴ 氣(汽)、液處理量大，即生產(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。⑵ 操作穩(wěn)定，彈性大，即當塔設備的氣(汽)、液負荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作并應保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。 ⑶ 流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用。對于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。⑷ 結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。⑸ 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。⑹ 塔內(nèi)的滯留量要小。 實際上，任何塔設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特的優(yōu)點，設計時應根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進行選型。 氣－液傳質(zhì)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(zhì)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，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。 篩板塔是傳質(zhì)過程常用的塔設備，它的主要優(yōu)點有： ? ? ⑴ 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。 ? ? ⑵ 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。 ? ? ⑶ 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。 ? ? ⑷ 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30％左右。 ? ? 篩板塔的缺點是： ? ? ⑴ 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 ? ? ⑵ 操作彈性較小(約2～3)。 ? ? ⑶ 小孔篩板容易堵塞。 1.2板式精餾技術及發(fā)展 在石油化學工業(yè)領域,塔設備幾乎應用于所有的裝置中,如原油常減壓裝置,以及化肥和乙烯裂解裝置等。塔器在各種分離過程中對裝置的平穩(wěn)運行、保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面起著重要作用。塔設備的類型較多,按照兩相接觸的基本構(gòu)件可分為2類:板式塔和填料塔。統(tǒng)計表明,石油化工企業(yè)塔設備中板式塔占92 %。板式塔屬逐級逆流接觸操作的單元設備,塔內(nèi)件是以塔板作為兩相接觸的基本構(gòu)件。塔板可以分為有降液管和無降液管的2種。在有降液管的塔板上,兩相流動方向垂直,屬錯流型接觸;在無降液管的塔板上,兩相流動方向互相平行,屬逆流型接觸。隨著科學技術的進步,各種形式的高效塔板不斷地被開發(fā)出來并應用于石油化學工業(yè)領域。 第二章 塔結(jié)構(gòu)設計 2.1塔設計內(nèi)容 2.1.1設計參數(shù) 操作壓力MPa 0.278 介質(zhì) 水，甲醇 設計壓力MPa 0.5/-0.1 介質(zhì)特性 易燃 中度危害 操作溫度 ℃ 99/141.38 壓力容器類別 一類（D1） 設計溫度 ℃ -10/170 地震基本烈度 7（0.1g） 設計風壓N/㎡ 400 地震分組 第一組 焊接接頭系數(shù) 0.85 場土地類別 Ⅱ 殼體材料 16MnR 場地土粗糙類別 B 裙座材料 組合件 保溫層材料與厚度mm 巖棉/90 腐蝕裕量mm 3 水壓試驗壓力MPa 0.625 2.1.2塔結(jié)構(gòu)簡圖 2.2主體材料強度指標 該設備屬于鋼制塔式容器，最高設計壓力0.5MPa，屬于低壓容器，全容積為33.4m3，其最高工作溫度為170℃，筒體和封頭選用16MnR材料，裙座選用Q235—B。對于16MnR，其在170℃時強度指標為 [σ]t=170MPa。對于Q235—B其在170℃時強度指標為 [σ]t=113MPa。 2.3筒體、封頭壁厚確定 2.3.1筒體厚度計算 按強度條件 = 按剛度要求 筒體所需最小厚度 故按剛度要求，筒體厚度只需。 因為此塔高度較大，受到的風載荷也較大，而塔內(nèi)徑不太大，故應適當增加壁厚，現(xiàn)選取塔體名義厚度 2.3.2封頭厚度計算 本封頭采用標準橢圓形封頭，則 為了便于焊接，取封頭厚度與筒體厚度相同，故封頭名義厚度，有效厚度。 2.4塔體上各項載荷計算 2.4.1塔質(zhì)量 ①、殼體及裙座質(zhì)量 ②、人孔、法蘭、接孔等附件質(zhì)量 ③、內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量 ④、保溫層質(zhì)量 ⑤、扶梯、平臺質(zhì)量選用籠式扶梯，扶梯單位質(zhì)量為40kg/m。操作平臺每6米設置一層，共5層，每層質(zhì)量500kg。 ⑥、操作是塔內(nèi)物料質(zhì)量 ⑦、沖水質(zhì)量 ⑧、塔器的操作質(zhì)量 ⑨、塔器最大質(zhì)量 ⑩、塔器最小質(zhì)量 2.4.2風載荷和風彎矩計算 已知當?shù)仫L壓，將此塔沿高度分成三段。 風載荷， 式中 ； ； 對于0~10m段： 10~20m段: 20~30m段： 塔體有效直徑：扶梯附加寬度取 為了簡化計算且偏安全計，各段均取。=1324+2×100+400+600=2524mm. 塔體各段風力： 0~10m段：0.7×1.7×400×1.00×10×2.524=12014N， 10~20m段：0.7×1.7×400×1.25×10×2.524=15018N， 20~30m段：0.7×1.7×400×1.42×10×2.524=17060N。 塔體底部離地面5米處（2-2截面）彎矩: = 式中 --塔底2-2截面到標高10m處的距離，=10-5=5m=5000mm --對應于段的風力。 裙座檢查孔（離地面800mm）處（1-1截面）彎矩： 裙座底部（0-0截面）彎矩： 式中 2.4.3地震力及地震彎矩計算 表1 場地土的特性周期： 設計地震分組 場土地類型 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 第一組 0.25 0.35 0.45 0.65 第二組 0.30 0.40 0.55 0.75 第三組 0.35 0.45 0.65 0.90 表2 地震影響系數(shù)的最大值： 設防烈度 7 8 9 0.08 （0.12） 0.16 （0.24） 0.32 注：括號中數(shù)值分別用于GB50011-2001中規(guī)定的設計基本加速度為0.15g和0.3g的地區(qū) 所以，=0.08，=0.35， 塔基本振型的固有周期 塔第二振型的固有周期 塔第三振型的固有周期 式中 E—塔體材料在設計溫度下的彈性模量，查表知E=； m—塔單位高度上的質(zhì)量，m=806.5kg/m； H—塔高，m； I—塔截面的形心軸慣性矩，=0.011 s s 所以， 式中 --衰減指數(shù)， --阻尼調(diào)整系數(shù)， 地震力計算： 式中 --對應于塔器基本固有周期的地震影響系數(shù)值； --第k段塔節(jié)的集中質(zhì)量離地面的距離，m； --第k段塔節(jié)的集中質(zhì)量，kg. 地震彎矩計算： 塔基本振型的地震彎矩為： ∴ 2.4.4最大彎矩 取其中較大值 故 取其中較大值 故 取其中較大值 故 2.5塔體的強度及軸向穩(wěn)定性驗算 2.5.1塔體2-2截面的各項軸向應力計算 2.5.2塔體2-2截面抗壓強度及軸向穩(wěn)定性驗算 式中 ； 組合系數(shù)k=1.2. ∵ ∴塔體截面2-2滿足抗壓強度及軸向穩(wěn)定條件。 ⑶塔體2-2截面抗拉強度校核： 故滿足抗拉強度條件。 上述各項校核表明，塔體厚度可以滿足整個塔體的強度、剛度及穩(wěn)定性要求。 2.6裙座的強度及穩(wěn)定性校核 裙座內(nèi)徑名義厚度厚度附加量，則裙座有效厚度 2.6.1裙座底部0-0截面軸向應力計算： 操作時全塔質(zhì)量引起的壓應力： 風載荷引起的彎曲應力： . 抗壓強度及軸向穩(wěn)定性驗算： 式中 組合系數(shù) ∵ ∴ 裙座底部0-0截面滿足抗壓強度及向穩(wěn)定條件。 2.6.2裙座檢查孔1-1截面強度校核 裙座檢查孔1-1截面的軸向應力計算. 壓強度及軸向穩(wěn)定性驗算 式中 組合系數(shù) ∴ 因此裙座檢查孔處1-1截面滿足抗壓強度及軸向穩(wěn)定性條件。 2.6.3裙座焊縫強度校核 此塔裙座與塔體采用對接焊，焊縫承受的組合拉應力為： ∴ 滿足裙座焊縫要求 2.7壓試驗時塔的強度和穩(wěn)定性驗算 2.7.1水壓試驗時塔體2-2截面的強度校核 按式校核 式中 --直立進行水壓試驗時的水壓試驗壓力， --液體靜壓力，由于塔高為30m，扣除裙座高度5m，直立進行水壓試驗時，塔內(nèi)實際液體高度為25m，故取。 ∵ 故滿足水壓試驗強度要求。 2.7.2水壓試驗時裙座底部0-0截面的強度和軸向穩(wěn)定性校核 ，故水壓試驗時裙座底部0-0截面滿足穩(wěn)定性要求。 2.8基礎環(huán)板設計 2.8.1基礎環(huán)板內(nèi)外徑的確定 外徑 內(nèi)徑 2.8.2混泥土強度校核 正常操作時： 水壓試驗時： 以上應力均小于各種標號混泥土的壓應力許用值4MPa，滿足強度要求。 2.8.3基礎環(huán)板厚度設計 由于該塔較高，塔底裙座采用加筋結(jié)構(gòu)，基礎環(huán)板采用12均布的地腳螺栓固定，取筋板厚度為，則基礎環(huán)上筋板間的距離為： 取兩筋板內(nèi)側(cè)距離為： 則相鄰兩筋板間最大外側(cè)距離為： 基礎環(huán)的外伸寬度： 兩筋板間基礎環(huán)部分的長寬比: 基礎環(huán)面積 基礎環(huán)截面系數(shù) 查表 ， 基礎環(huán)板采用Q235鋼，（根據(jù)JB/T4710-92中對于基礎環(huán)的許用應力查得的數(shù)據(jù)） 則其厚度為： 考慮腐蝕裕量，取再圓整至鋼板系列尺寸，故取基礎環(huán)板厚度。 2.8.4地腳螺栓的設計 塔設備作用在迎風面?zhèn)然A上的最小應力根據(jù) 故取 由于設備有可能傾倒，必須采用地腳螺栓予以固定。選用地腳螺栓的材料為16MnR,該材料的許用應力為147MPa，取腐蝕裕量為3mm，則地腳螺栓的根徑 --基礎環(huán)面積， 地腳螺栓公稱直徑： 根徑/mm 20.75 26.21 31.67 37.12 42.58 50.04 公稱直徑 M24 M30 M36 M42 M48 M56 根據(jù)標準，選用M56的地腳螺栓12個。 2.8.5筋板的設計與計算 筋板的結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示 對應與一個地腳螺栓的筋板的個數(shù)為：=2 筋板的厚度 筋板的寬度 筋板的長度 一個地腳螺栓所承受的最大拉力為： 筋板的細長比為： （為臨界細長比） 因為 所以，筋板的臨界許用壓應力： 筋板的壓應力 故所選用的筋板合格。 2.8.6蓋板的設計和計算 根據(jù)所給出的設計條件和設計參數(shù)，選擇整塊環(huán)形蓋板并且加上墊板。 蓋板的寬度 蓋板的間距 墊板的寬度 蓋板上的地腳螺栓孔的直徑 墊板上的地腳螺栓孔的直徑 蓋板的厚度 墊板的厚度 環(huán)形蓋板的最大應力的計算如下： 因為 所以 選用的蓋板和墊板合格。 2.9開孔及開孔補強 根據(jù)GB 150，當在設計壓力小于或等于2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）大于兩開孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于89mm時，只要接管最小厚度滿足表3要求，就可不另行補強。 表3不另行補強的接管最小厚度 mm 接管公稱外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89 最小厚度 3.5 4.0 5.0 6.0 2.9.1工藝水進口N03開孔及開孔補強 ⑴補強及補強方法判別 ①. 補強判別 因本開孔外徑，故需另行補強。 ②. 補強計算方法判別 開孔直徑 本殼體開孔直徑d=392mm<滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故用等面積法進行開孔補強計算。 ⑵開孔所需補強面積 ①． 殼體計算厚度 考慮風載荷對塔體的影響，取 ②． 強度削弱系數(shù) ③． 接管有效厚度 開孔所需補強面積為： ⑶有效補強范圍 ①． 有效寬度B： 取大值 故。 ②有效高度: 外側(cè)有效高度： 取小值 故 內(nèi)側(cè)有效高度： 取小值 故 ⑷有效補強面積： ①． 筒體多余金屬面積： ②． 接管多余金屬面積： 接管計算厚度 ③． 接管區(qū)焊縫面積（焊腳為10mm）： ④． 有效補強面積： ∵故需另行補強。 ⑸所需另行補強面積： 擬采用補強圈補強。 ⑹補強圈設計 根據(jù)接管公稱直徑選補強圈，參照補強圈標準取補強圈外徑內(nèi)徑因補強圈在有效范圍內(nèi)。 補強圈厚度為： 考慮鋼板負偏差量并經(jīng)圓整，取補強圈名義厚度。 2.9.2貧甲醇進口N07開孔及開孔補強 ⑴補強及補強方法判別 ①． 補強判別：因本開孔外徑，故需另行考慮補強。 ②． 補強計算方法判別 開孔直徑 本凸形封頭開孔直徑滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故用等面積法進行開孔補強計算。 ⑵開孔所需補強面積 ①． 封頭計算厚度 ②． 開孔所需補強面積 ⑶有效補強范圍 ①． 有效寬度：B 取大值 故 ②． 有效高度： 外側(cè)有效高度： 取小值 故 內(nèi)側(cè)有效高度： 取小值 故 ⑷有效補強面積 ①． 筒體多余金屬面積： ②． 接管多余金屬面積： 接管計算厚度： ③. 接管區(qū)焊縫面積（焊腳取10mm）： ④. 有效補強面積： ∵ 故需另行補強 ⑸所需另行補強面積： 擬采用補強圈設計。 ⑹補強圈設計 根據(jù)接管公稱直徑ＤＮ２５０選補強圈，參照補強圈標準，取補強圈外徑，內(nèi)徑。因，補強圈在有效范圍內(nèi)。 補強圈厚度為： 經(jīng)圓整取補強圈名義厚度， 2.9.3工藝水出口N02開孔及開孔補強 ⑴補強及補強方法判別 ①． 補強判別：因本開孔外徑，故需另行考慮補強。 ②． 補強方法判別： 開孔直徑： 本凸形封頭開孔直徑。滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。 ⑵開孔所需補強面積 ①． 封頭計算厚度： ②． 強度削弱系數(shù)： ⑶有效補強范圍 ①． 有效寬度： 取大值 故 ②． 有效高度： 外側(cè)有效高度： 取小值 故 內(nèi)側(cè)有效高度： 取小值 故 ⑷有效補強面積 ①． 筒體多余金屬面積： ②．接管多余金屬面積： 接管計算厚度： ③ 接管區(qū)焊縫面積（焊腳為10）： ④ .有效補強面積： ∵ 故需另行補強。 ⑸所需另行補強面積： 擬采用補強圈補強。 ⑹補強圈設計 根據(jù)接管公稱直徑選補強圈，參照補強圈標準取補強圈外徑，內(nèi)徑。因，補強圈在有效范圍內(nèi)。 補強圈厚度為： 經(jīng)圓整，取補強圈名義厚度為： 2.9.4人孔開孔及其開孔補強 ⑴補強及補強方法判別 ①． 補強判別：因本開孔外徑，故需另行考慮補強。 ②． 補強計算方法判別 開孔直徑： 本筒體開孔直徑滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故用等面積法進行開孔補強計算。 ⑵開孔所需補強面積： ①．筒體計算厚度： ②．強度削弱系數(shù)： ③．接管有效厚度： 開孔所需補強面積： ⑶有效補強范圍 ①． 有效寬度：B 取大值 故 ②． 有效高度： 外側(cè)有效高度： 取小值 故 內(nèi)側(cè)有效高度： 取小值 故。 ⑷有效補強面積 ①． 筒體多余金屬面積： ②． 接管多余金屬面積： 接管計算厚度： ③． 接管區(qū)焊縫面積（焊腳位10mm）： ④． 有效補強面積： 故需另行補強。 ⑸所需另行補強面積： 擬采用補強圈補強。 ⑹補強圈設計： 根據(jù)接管公稱直徑選補強圈，參照補強圈標準取補強圈外徑。因。補強圈在有效范圍內(nèi)。 補強圈厚度為： 圓整取。 2.10接管和法蘭的選用 見管口表。 第三章 甲醇水分離塔輔助裝置以及附件 精餾裝置的主要附屬設備包括蒸氣冷凝器、產(chǎn)品冷凝器、塔底再沸器、原料預熱器、直接蒸汽鼓管、物料輸送管及泵等。前四種設備本質(zhì)上屬換熱器，并多采用列管式換熱器，管線和泵屬輸送裝置。下面簡要介紹。 3.1回流冷凝器 按冷凝器與塔的位置，可分為：整體式、自流式和強制循環(huán)式。 3.1.1整體式 如圖6-1(a)和(b)所示。將冷凝器與精餾塔作成一體。這種布局的優(yōu)點是上升蒸汽壓降較小，蒸汽分布均勻，缺點是塔頂結(jié)構(gòu)復雜，不便維修，當需用閥門、流量計來調(diào)節(jié)時，需較大位差，須增大塔頂板與冷凝器間距離，導致塔體過高。 該型式常用于減壓精餾或傳熱面較小場合。 圖6-1 冷凝器的型式 3.1.2自流式 如圖6-1（c）所示。將冷凝器裝在塔頂附近的臺架上，靠改變臺架的高度來獲得回流和采出所需的位差。 3.1.3強制循環(huán)式 如圖6-1（D）、（e）所示。當冷凝器換熱面過大時，裝在塔頂附近對造價和維修都是不利的，故將冷凝器裝在離塔頂較遠的低處，用泵向塔提供回流液。 需指出的是，在一般情況下，冷凝器采用臥式，因為臥式的冷凝液膜較薄，故對流傳熱系數(shù)較大，且臥式便于安裝和維修。 3.2管殼式換熱器的設計與選型 管殼式換熱器的設計與選型的核心是計算換熱器的傳熱面積，進而確定換熱器的其它尺寸或選擇換熱器的型號。 3.2.1流體流動阻力（壓強降）的計算 （1）管程流動阻力 管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。對于多程換熱器，其阻力ΣΔpi等于各程直管阻力、回彎阻力及進、出口阻力之和。一般情況下進、出口阻力可忽略不計，故管程總阻力的計算式為 式中ΔP1、ΔP2——分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強降，Pa； Ft—結(jié)垢校正因數(shù)，對Φ25mm×2.5mm的管子取1.4；對Φ19mm×2mm的管子取1.5； NP—管程數(shù)； Ns—串聯(lián)的殼程數(shù)。 上式中直管壓強降ΔP1可按第一章中介紹的公式計算；回彎管的壓強降ΔP2由下面的經(jīng)驗公式估算，即 （2）殼程流動阻力 殼程流動阻力的計算公式很多，在此介紹埃索法計算殼程壓強降ΔP0的公式，即 (6-3) 式中 ΔP1’—流體橫過管束的壓強降，Pa； ΔP2’—流體通過折流板缺口的壓強降，Pa； FS—殼程壓強降的結(jié)垢校正因數(shù)；液體可取1.15，氣體可取1.0。 式中 F—管子排列方法對壓強降的校正因數(shù)，對正三角形排列F=0.5，對轉(zhuǎn)角三角形為0.4，正方形為0.3； f0——殼程流體的摩擦系數(shù)； Nc—橫過管束中心線的管子數(shù)；Nc值可由下式估算： 管子按正三角形排列： 管子按正方形排列： 式中 n—換熱器總管數(shù)。 NB—折流擋板數(shù)； h—折流擋板間距； u0——按殼程流通截面積A0計算的流速，m/s，而A0=h(D-ncd0)。 3.2.2管殼式換熱器的選型 (1)計算并初選設備規(guī)格 a．確定流體在換熱器中的流動途徑 b．根據(jù)傳熱任務計算熱負荷Q。 c．確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管換熱器的形式；計算定性溫度，并確定在定性溫度下的流體物性。 d．計算平均溫度差，并根據(jù)溫度差校正系數(shù)不應小于0.8的原則，決定殼程數(shù)。 e．依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值范圍，或按生產(chǎn)實際情況，選擇總傳熱系數(shù)K值。 f．由總傳熱速率方程Q = KSΔtm，初步計算出傳熱面積S，并確定換熱器的基本尺寸（如D、L、n及管子在管板上的排列等），或按系列標準選擇設備規(guī)格。 （2）計算管程、殼程壓強降 根據(jù)初定的設備規(guī)格，計算管程、殼程流體的流速和壓強降。檢查計算結(jié)果是否合理或滿足工藝要求。若壓降不符合要求，要調(diào)整流速，在確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計算壓強降直至滿足要求為止。 （3）核算總傳熱系數(shù) 計算管程、殼程對流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻Rsi和Rso，在計算總傳熱系數(shù)K’，比較K的初設值和計算值，若K’ /K=1.15～1.25，則初選的換熱器合適。否則需另設K值，重復以上計算步驟。 3.3再沸器 精餾塔底的再沸器可分為：釜式再沸器、熱虹吸式再沸器及強制循環(huán)再沸器。 （1）釜式式再沸器 如圖6-2（a）和（b）所示。（a）是臥式再沸器，殼方為釜液沸騰，管內(nèi)可以加熱蒸汽。塔底液體進入底液池中，再進入再沸器的管際空間被加熱而部分汽化。蒸汽引到塔底最下一塊塔板的下面，部分液體則通過再沸器內(nèi)的垂直擋板，作為塔底產(chǎn)物被引出。液體的采出口與垂直塔板之間的空間至少停留8～10分鐘，以分離液體中的氣泡。為減少霧沫夾帶，再沸器上方應有一分離空間，對于小設備，管束上方至少有300mm高的分離空間，對于大設備，取再沸器殼徑為管束直徑的1.3～1.6倍。 （b）是夾套式再沸器，液面上方必須留有蒸發(fā)空間，一般液面維持在容積的70%左右。夾套式再沸器，常用于傳熱面較小或間歇精餾中。 （2）熱虹吸式再沸器 如圖6-2（c）、（D）、（e）所示。它是依靠釜內(nèi)部分汽化所產(chǎn)生的汽、液混合物其密度小于塔底液體密度，由密度差產(chǎn)生靜壓差使液體自動從塔底流入再沸器，因此該種再沸器又稱自然循環(huán)再沸器。這種型式再沸器汽化率不大于40%，否則傳熱不良。 （3）強制循環(huán)再沸器 如圖6-2中（f）所示。對于高粘度液體和熱敏性氣體，宜用泵強制循環(huán)式再沸器，因流速大、停留時間短，便于控制和調(diào)節(jié)液體循環(huán)量。 原料預熱器和產(chǎn)品冷卻器的型式不象塔頂冷凝器和塔底再沸器的制約條件那樣多，可按傳熱原理計算。 圖6-2 再沸器的型 3.4加熱蒸氣鼓泡管 加熱蒸氣鼓泡管（又叫蒸氣噴出器）若精餾塔采用直接蒸氣加熱時，在塔釜中要裝開孔的蒸氣鼓泡管。使加熱蒸氣能均勻分布與釜液中。其結(jié)構(gòu)為一環(huán)式蒸氣管，管子上適當?shù)拈_一些小孔。當小孔直徑小時，汽泡分布的更均勻。但太小不僅增加阻力損失，而且容易堵塞。其孔直徑一般為5～10mm，孔距為孔徑的5～10倍。小孔總面積為鼓泡管橫截面積的1.2～1.5倍，管內(nèi)蒸氣速度為20～25m/s。加熱蒸氣管距釜中液面的高度至少在0.6m以上，以保證蒸氣與溶液有足夠的接觸時間。 3.5離心泵的選擇 離心泵的選擇，一般可按下列的方法與步驟進行： （1）確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭 液體的輸送量一般為生產(chǎn)任務所規(guī)定，如果流量在一定范圍內(nèi)波動，選泵時應按最大流量考慮。根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程計算在最大流量下管路所需的壓頭。 （2）選擇泵的類型與型號 首先應根據(jù)輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型，然后按已確定的流量Qe和壓頭He從泵的樣本或產(chǎn)品目錄中選出合適的型號。顯然，選出的泵所提供的流量和壓頭不見得與管路要求的流量Qe和壓頭He完全相符，且考慮到操作條件的變化和備有一定的裕量，所選泵的流量和壓頭可稍大一點，但在該條件下對應泵的效率應比較高，即點（Qe、He）坐標位置應靠在泵的高效率范圍所對應的H-Q曲線下方。另外，泵的型號選出后，應列出該泵的各種性能參數(shù)。 （3）核算泵的軸功率 若輸送液體的密度大于水的密度時，可按核算泵的軸功率。 第四章 塔設備的制造、安裝 石油化工生產(chǎn)所選用的塔設備大都是用鋼板制成的。塔體又由若干筒節(jié)和封頭組成。大型的高塔設備，由于體積大、重量重，加上運輸?shù)南拗?，因此多?shù)在裝置的工作現(xiàn)場進行組裝和檢驗?；ぴO備的制造，有成批生產(chǎn)的，也有單件生產(chǎn)的，但是制造的基本工序和技術規(guī)范都可以采用同一規(guī)范，還要求有一定的互換性。制訂化工設備制造技術規(guī)范是一項比較復雜的工作，它不僅考慮到板材的尺寸公差，而且還要考慮制造過程中一切可能產(chǎn)生的誤差等。 4.1制造要求 塔設備的制造、檢驗，除了按照我國的有關技術條件、標準和規(guī)范的規(guī)定外，還可以參考國外相應的標準和規(guī)范，以及工程圖紙。 對于制造工藝要求的嚴格與否，必須根據(jù)設備的壓力的高低、容積大小、物料性質(zhì)、溫度高低等因素作綜合考慮。通常，制造的難易程度主要取決于材料的加工性能、壁厚，以及結(jié)構(gòu)的復雜程度等因素。 1.材料檢驗：制造塔設備的材料，除了應符合有關材料標準的規(guī)定外，還要符合圖紙上的要求。 2.冷熱成型：鋼板的彎曲加工，實際上是鋼板在外力作用下，逐漸發(fā)生塑性變形的過程。變形程度的大小，決定于彎曲半徑和鋼板的厚度。鋼板彎卷的變形程度，一般不應超過材料的臨界變形程度（約5%—10%）。否則在受熱時候，將引起金屬材料的晶粒粗大和脆性增加，降低了材料的機械性能。 3.制造要符合相應的公差的要求。 4.2組裝要求 高塔設備大都采用分段制造后叫貨，到現(xiàn)場進行組裝。為了保證各個筒節(jié)的組對質(zhì)量，對于分段處的外圓周長公差度應加以控制。筒節(jié)制造中，在幾何尺寸上影響質(zhì)量的主要是焊縫的對口錯邊量、不圓度、棱角等等?？紤]到使用高強度鋼時，隨著屈強比的增加，塑性變形范圍縮小，調(diào)節(jié)局部峰值應力的幅度也要相應的縮小，因此，在可能的情況下，應當適量的提高對口錯邊量的要求。