φ1000甲醇精餾塔設計（全套CAD圖+說明書+開題報告+翻譯）,甲醇,精餾塔,設計,全套,cad,說明書,仿單,開題,報告,講演,呈文,翻譯
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甲醇精餾塔設計
【摘要】 甲醇用途廣泛，是基礎的有機化工原料和優(yōu)質燃料。主要應用于精細化工，塑料等領域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多種有機產品，也是農藥、醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。因此，甲醇在現實中需求量是比較大的，甲醇的大量生產也是很有必要的。本設計主要是化工容器——甲醇精餾塔的設計及壓力控制系統設計，主要介紹了甲醇在工業(yè)中的應用，精餾塔的設計過程以及關于化工壓力容器的設計的了解。本設計師通過課題壁厚的設計，填料的選擇以及附件的設計，加深對壓力容器的認識達到研究的目的和期望的結果，加深對涉及國內外先進的制造技術和有關壓力容器的設計及工藝等方面的內容的學習和認識。通過查閱各種相關的文獻資料，據此熟悉研究內容、合理的安排課題進度和容器設計路線。設計過程主要包括校核方案的最優(yōu)化選取，導向方案中材料參數的設定，校核方法的選擇，采用此設計方案的原因及形狀的選擇；筒體等的計算；工件的加工精度分析等。
【關鍵詞】 精餾塔 填料 壓力控制系統 設計、校核方法
Abstract: Methanol is widely used as based Organic chemical raw materials and High-quality fuel. It is mainly used in Fine Chemicals an, Plastic and other fuilds. Also，it is used to make of Formaldehyde Acetate Chloromethane Methylamine Dimethyle sulfate and many other Organic products. It is one of important Stuff of Pesticides and Medicine. Methanol can be used as a new clean fuel after deep processing. It can be burned with gasoline. So it is a great requirement of methanol in our life, and it is necessary to produce a lot of it. The graduation project is mainly chemical containers-the design of methanol distillation and pressure control system design, the main pressure vessel. And it introduced the use of methanol in industry, the process of design of distillation as well as Chemical Pressure Vessel Design understanding. This design is through the sheel wall thickness, the filler picking and accessories designed to enhance awareness of the pressure vessel to achieve the study objectives and desired results better understanding of the involved in advanced manufacturing technology and the pressure vessel design and technology and other aspects of the study and understanding. Through inspection of all relevant documents, thus familiar with the research content, reasonable arrangements and containers subject of the progress of the design route. The design process, including verification program as long as the optimal selection, program-oriented material parameter settings
, Checking methods of selection, the use of this design and the shape of the reasons for selection; cylinder, such as the calculation; workpiece machining accuracy analysis.
Keywords: Distillation Filler Pressure control system Design Checking methods
目錄
第一章 前言………………………………………………………………………1
第二章 填料塔整體結構設計參數的選擇………………………3
2.2已知設計參數………………………………………………………………………3
2.3設計方案的確定……………………………………………………………………3
2.4塔型的選擇…………………………………………………………………………3
2.4.1塔型……………………………………………………………………………4
2.4.2填料的選擇……………………………………………………………………5
2.4.3填料層的高度計算及分段……………………………………………………5
2.4.3.1等板高度的計算……………………………………………………………5
2.4.3.2填料層的分段………………………………………………………………6
第三章 塔的結構設計………………………………………………………6
3.1液體分布裝置………………………………………………………………………6
3.2填料支承裝置………………………………………………………………………7
3.3液體再分布裝置……………………………………………………………………8
3.4填料壓板及床層限制板……………………………………………………………9
3.4.1填料壓板………………………………………………………………………9
3.4.2床層限制版……………………………………………………………………9
3.5輔助裝置及附件……………………………………………………………………10
3.5.1除沫器…………………………………………………………………………10
3.5.2裙座……………………………………………………………………………10
3.5.2.1裙座的選材…………………………………………………………………10
3.5.2.2裙座的結構…………………………………………………………………10
3.5.2.3裙座與塔題的連接…………………………………………………………11
3.5.3地腳螺栓座………………………………………………………………………11
3.5.4梯子………………………………………………………………………………12
3.5.5檢查孔……………………………………………………………………………13
3.5.6排氣管……………………………………………………………………………14
3.5.7引出管通道……………………………………………………………………14
3.5.8地腳螺栓………………………………………………………………………15
3.5.9模板、樣板和錨板……………………………………………………………16
3.5.10塔釜隔板………………………………………………………………………16
3.6.1接管……………………………………………………………………………17
3.6.1.1液體進料管………………………………………………………………17
3.6.1.2釜液出口…………………………………………………………………18
3.6.1.3液面計接口………………………………………………………………19
3.6.2人孔……………………………………………………………………………19
3.6.3吊柱……………………………………………………………………………21
第四章 塔設備的強度設計和穩(wěn)定校核………………………23
4.1筒體和封頭尺寸計算……………………………………………………………23
4.1.1根據設計壓力和液柱靜壓力確定計算壓力……………………………………23
4.1.2筒體厚度的計算…………………………………………………………………24
4.1.3封頭的壁厚計算…………………………………………………………………24
4.2載荷分析…………………………………………………………………………25
4.2.1塔設備質量載荷計算……………………………………………………25
4.2.2筒體質量m1……………………………………………………………………25
4.2.3封頭質量………………………………………………………………………25
4.2.4裙座質量………………………………………………………………………26
4.2.5塔段內件質量………………………………………………………26
4.2.6保溫層質量…………………………………………………………26
4.2.7平臺、扶梯質量（）…………………………………………………26
4.2.8操作時塔內物料質量（）……………………………………………27
4.2.9人孔、接管、法蘭等附件質量，…………………………………27
4.2.10充液質量…………………………………………………………27
4.2.11塔設備的操作質量…………………………………………………………27
4.2.12塔設備的最大質量…………………………………………………………28
4.2.13塔設備的最小質量…………………………………………………………28
4.3自振周期計算…………………………………………………………………28
4.4地震載荷和地震彎矩計算……………………………………………………28
4.5風載荷和風彎矩計算…………………………………………………………30
4.6偏心載荷與偏心彎矩計算……………………………………………………34
4.7最大彎矩………………………………………………………………………34
4.8強度校核………………………………………………………………………34
4.8.1筒體應力及穩(wěn)定校核…………………………………………………34
4.8.2塔設備壓力試驗時的應力校核………………………………………35
4.8.3裙座軸向應力校核……………………………………………………36
4.8.4基礎環(huán)和地腳螺栓設計及校核………………………………………38
4.8.5筋板設計及校核………………………………………………………40
4.8.6蓋板設計及校核………………………………………………………41
4.8.7裙座與塔殼的對接焊縫強度校核……………………………………42
4.8.8接管計算………………………………………………………………42
英文論文翻譯…………………………………………………………………44
英文原文…………………………………………………………………………44
譯文…………………………………………………………………………………52
參考文獻…………………………………………………………………………59
謝辭…………………………………………………………………………………60
第74頁/共50頁
第一章 前言
產品介紹 ：1.甲醇性能與用途 甲醇系結構最為簡單的飽和一元醇，CAS號有67-56-1、170082-17-4，分子量32.04。又稱“木醇”或“木精”。是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。有毒，誤飲5～10毫升能雙目失明，大量飲用會導致死亡。用于制造甲醛和農藥等，并用作有機物的萃取劑和酒精的變性劑等。通常由一氧化碳與氫氣反應制得。其應用：1.基本有機原料之一。主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多種有機產品：2.用作涂料、清漆、蟲膠、油墨、膠黏劑、染料、生物堿、醋酸纖維素、硝酸纖維素、乙基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛等的溶劑；3.是制造農藥、醫(yī)藥、塑料、合成纖維及有機化工產品如甲醛、甲胺、氯甲烷、硫酸二甲酯等的原料。其他用作汽車防凍液、金屬表面清洗劑和酒精變性劑等；4.是重要的溶劑，可摻入汽油作替代燃料使用。20世紀80年代以來，甲醇用于生產汽油辛烷值添加劑甲基叔丁基醚、甲醇汽油、甲醇燃料，以及甲醇蛋白等產品，大大促進了甲醇生產的發(fā)展和市場需要；5.用作分析試劑，如作溶劑、甲基化試劑、色譜分析試劑。還用于有機合成；6.甲醇為清洗去油劑，MOS級主要用于分立器件，中、大規(guī)模集成電路，BV-Ⅲ級主要用于超大規(guī)模集成電路工藝技術。甲醇的用途：甲醇用途廣泛，是基礎的有機化工原料和優(yōu)質燃料。主要應用于精細化工，塑料等領域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫二甲酯等多種有機產品，也是農藥、醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇和氨反應可以制造一甲胺。甲醇的來源：甲醇可從煤制取，特別是可利用劣質高硫煤和焦爐氣回收制取。也可自生物質（如林木、有機垃圾等）提取。甲醇生產是我國化工行業(yè)中的成熟產業(yè)，生產工藝簡單，投資和生產成本都較低。2012年我國甲醇年產能力有5074萬噸，年產量約2640萬噸，產能過剩情況嚴重。新建一個年產60萬噸的裝置，投資約20億元，其生產工藝路線和裝備完全可立足國內，并擁有自主知識產權。生產方法：工業(yè)上合成甲醇幾乎全部采用一氧化碳加壓催化加氫的方法，工藝過程包括造氣、合成凈化、甲醇合成和粗甲醇精餾等工序；（粗甲醇的凈化過程包括精餾和化學處理?；瘜W處理主要用堿破壞在精餾過程中難以分離的雜質，并調節(jié)pH值；精餾主要是脫除易揮發(fā)組分如二甲醚，以及難揮發(fā)組分職乙醇、高碳醇和水。粗餾后的純度一般都可達到98%以上。）將工業(yè)甲醇用精餾的方法將含水量降到0.01%以下。再用次碘酸鈉處理，可除去其中的丙酮。經精餾得純品甲醇；
一般均以工業(yè)甲醇為原料，經常壓蒸餾除去水分，控制塔頂64～65℃，過濾除去不溶物即可；還可從木材干餾時得到的焦木酸分出；甲醇的制備主要采用精餾工藝。以工業(yè)甲醇為原料，經精餾、超凈過濾、超凈分裝，得高純甲醇產品。
國內生產情況和分析1.1國內主要生產廠家 目前，現有甲醇生產廠家148家，生產總量為480萬噸，產量為280萬噸，市場需求390萬噸。，預計2005甲醇需求量約550萬噸。有30多家設備處于停產或半停產狀態(tài)，其中大多數是因為生產成本高、設備效益能力低等原因，部份技術落后、設備老舊、產能小的生產設備已經顯現出將被淘汰的趨勢較大的有上海焦化有限公司以煤為原料的生產裝置；中石化四川維尼綸廠以乙炔尾氣和天然氣為原料的生產設備；以天然氣為原料的甲醇生產企業(yè)還有陜西榆林天然氣化工公司、大慶油田甲醇廠、陜西長慶油田、四川江油甲醇廠等，生產規(guī)模多在10萬公噸/年左右，其它生產設備大多數采用聯醇技術，生產規(guī)模多在1~5萬公噸/年。 1995年以來，國內甲醇工業(yè)發(fā)展迅速，生產所用原料由聯醇法的合成氣為主，向天然氣和煤為主的方向發(fā)展，其主要發(fā)展因素是新天然氣田的開發(fā)，如、四川、內蒙等。另外由于國內甲醇下游產品的開發(fā)生產，如甲醛、烯烴、醋酸、甲酯系列、民用/汽車燃料等，以及西南化工研究院和南化公司研究甲醇催化劑的開發(fā)生產。目前有多家以煤或天然氣為原料的甲醇計畫在申報和籌備之中，其中有6個設備規(guī)模在10萬公噸/年以上，最大的為60萬公噸/年。擬建裝置總產能為213萬公噸/年。
甲醇主要下游產品（甲醛、甲醇汽油、二甲醚等）市場前景分析 甲醇需求量與經濟的總體發(fā)展有密切相關。2001年國內甲醇的需求量為350萬公噸，主要應用于：甲醇衍生物占69%、燃料占7%、溶劑占5%、醫(yī)藥占6.5%、農藥醫(yī)藥占8.5%、其它占4%.
近年國內甲醇進口量及價格 國內每年進口大量甲醇來滿足市場需求，市場價格趨向國際市場化。近年來，國內甲醛、醋酸的消費市場增加，甲醇需求量相對應增加，部份甲醇廠又因為種種原因停產或減產，因此不能滿足國內市場的需求。
市場分析預測2005年的甲醇需求將會大大增加 在目前的條件下要求一段確定的時間，以便從2004年中期新增生產能力中獲利。這段時間還可能拖延到2005年中期。明年估計將有更多的新建產能投入使用。2004年甲醇的總需求與2003年一樣，據預測2005年的甲醇需求將會大大增加，其原因是由于與甲基叔丁基醚無關的部門活躍起來。作出改變預測的依據是計劃中有多少新增產能在考察期中實際投入使用，這些新增產能對市場的產品價格有哪些影響。
2004后5年中投產的甲醇產能將超過1800萬噸，這些新增產能主要分布于南美、近東和澳大利亞、這些地區(qū)將變成主要的工業(yè)甲醇生產和供應中心，同時甲醇的需求增長為每年500萬噸。除新增甲醇產能外，現有的大規(guī)模的甲醇產能分布在北美和歐洲。但是如果新增產能出現以外停產的話，現有的甲醇產能遠遠不能滿足市場需求。所以現有的位于中歐、獨聯體、印度、東南亞和東北亞地區(qū)甲醇生產廠家的負擔很重。
第二章 填料塔整體結構設計參數的選擇
2.2.已知設計參數：
操作壓力： 常壓
操作溫度： 120℃
入塔物料： 甲醇
塔高： 14.96米
塔徑： 1米
環(huán)境： 衡陽室外
2.3.設計方案的確定
本設計任務是分離甲醇——水混合物。對于二元混合物分離，應采用連續(xù)精餾的流程。設計采用泡點進料，把原料通過預熱器加熱到泡點后送入精餾塔內。甲醇常壓下沸點為64.8℃，而本任務是采用常壓操作，符合題意。采用30℃的循環(huán)水進行冷凝。塔頂上升蒸汽用全凝器冷凝，冷凝液到泡點下一部分后回流至塔內，而其余部分經過產品冷卻器冷卻送至儲槽。由于所分離物系的重組分是水，所以直接采用直接蒸汽加熱的方式，釜殘液進行直接排放。
2.4.塔型的選擇
2.4.1塔型
因為入塔物料是甲醇——水混合物，腐蝕性比較弱，所以根據操作條件和塔的塔徑為D=1000mm，故選擇填料塔。
填料塔是塔內填料作氣液間接觸構件傳質設備。填料塔塔身
1-吊柱：2-氣體出口：3-噴淋裝置：4-人孔：5-殼體：6-液體再分布器：
7-填料：8-卸填料人孔：9-支承裝置：10-氣體入口
11-液體出口：12-裙座：13-檢查孔
圖2-1 填料塔的整體結構
是一個直立式的圓筒，其底部裝填料支承板，其中的填料以亂堆或整砌方式放置于支承板上。填料上方安裝有填料壓板，防被上升氣流吹動。液體于塔頂經過液體分布器然后噴淋到填料上面，并沿著填料表面流下來。氣體于塔底送進塔，經過氣體分布裝置分布后，跟液體呈現逆流的連續(xù)通過的填料層空隙，并在填料表面上，經氣液兩相密切接觸后進行傳質。由于填料塔屬連續(xù)的接觸式的氣液傳質設備，其兩相的組成沿塔高連續(xù)的變化，并在正常操作狀態(tài)下，其中的氣相連續(xù)相，而液相為分散相。
當有液體沿著填料層向下流動的時候，其有逐漸向塔壁集中的現象，使塔壁附近液流量增大，這現象稱壁流。由于壁流效應造成的氣液兩相在填料層中的分布不均，使傳質的效率下降。所以，填料層較高時，就需要進行分段，在中間設置再分布裝置。而液體的再分布裝置其中包括液體的收集器和液體的再分布器的兩部分，在上層填料流下液體經過液體收集器的收集后，就送到液體的再分布器，經過重新的分布，噴淋到下層的填料上。
填料塔有生產能力大，分離的效率高，壓降比較小，持液量較小，和操作彈性比較大的優(yōu)點。
當然填料塔有一些的不足的地方，比如填料造價較高；而且當液體負荷小時不能夠有效的潤濕填料的表面，使傳質的效率降低；不能夠直接用有懸浮物或者容易聚合物料；對于側線的進料和出料等復雜的精餾不太適合等。
2.4.2填料的選擇
因為本塔設計是甲醇填料精餾塔，介質是甲醇，綜合考慮腐蝕性，塔體直徑和其他性質，選擇顆粒型填料的不銹鋼矩鞍環(huán)填料38#填料。
而由《化工設備設計全書-塔設備》的表5-20 不銹鋼矩鞍環(huán)的特性數據可知，所選的填料尺寸是38×16.5×0.4，堆積個數為n=38160個/m3，堆積密度181kg/m3，比表面積=123，空隙率=0.977，干填料因子=132。
表 2-1
2.4.3填料層高度的計算及分段
2.4.3.1等板高度的計算
由研究者通過大量數據回歸，在常壓蒸餾時的HETP關聯式如下：
其中中 H——等板高度，mm；
σL——液體表面張力，N/m；
μL——液體粘度，Pa/s；
h——常數。
在《化工原理》附錄2 的物理性質 中查，在120℃的液體表面張力是548.4N/m，粘度是237.4Pa/s。查表5-15 HETP式中常數值得h=7.0382.
故結合上式HETP=1022.7mm。，因為本設計的塔高=14.96m，減去部分高度得到填料層的高度約為8000mm。
2.4.3.2填料層的分段
對于散裝填料，根據《化工設備設計全書-塔設備》表5-16 散裝填料分段高度得到不銹鋼矩鞍環(huán)填料塔中的h/D=8～15，hmax≤6m。故精餾段分成三段，每段=2150mm；提餾段一段=2500mm。
第三章 塔的結構設計
3.1液體分布裝置
為使液體初始分布均勻，所以原則上增加單位面積的噴淋點數。但是，因為結構的限制，故不能將噴淋點數設計的很多，而如果噴淋點數過多，塔中勢必每一股液流流量過小，也難以保證均勻分配。另外，不同填料對液體均勻分布也有差別：像高效填料，流體不均勻分布對效率影響非常敏感，所以應有較嚴格的均布要求。
根據《化工設備設計全書-塔設備》，常用填料噴淋點數參考以下指標。
D≈1200mm，每240cm2塔截面設置一個噴淋點。
因為本設計塔徑D=1000mm，故每240cm2塔截面設立一個噴淋點。塔截面為：
A=7850cm2
故噴淋點數是32.7≈33個。
為滿足塔徑、液流量和均布程度要求，設計選取是篩孔盤式分布器。板上的篩孔是按正三角形排列，孔徑是Φ3～Φ10mm。根據氣體的負荷大小，分布器上安裝升氣管，升氣管的直徑D>Φ15。液體從分布盤上方的中心管注入盤內，而管口高于圍環(huán)上緣到50～200mm，本設計選取150mm。塔內徑和分布器定位塊外廊間隙約為8～12mm。分布盤直徑Dt=（0.85～0.88）D。因為塔徑是1000mm>600mm，故分布盤設計為分塊結構，本設計為3塊。