年產(chǎn)3.6萬噸乙烯精餾浮閥塔設(shè)計(jì)【過程裝備與控制工程類】【說明書+CAD】
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沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
題 目： 年產(chǎn)3.6萬噸乙烯精餾浮閥塔設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 過程控制與裝備工程
班 級(jí)： 過控1201
學(xué)生姓名： 何瀟
指導(dǎo)教師： 王昭春
論文提交日期： 2016年 5 月 27 日
論文答辯日期： 2016年 6 月 6 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
過程裝備與控制工程專業(yè) 班級(jí):1201 學(xué)生：何瀟
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：
年產(chǎn)3.6萬噸乙烯精餾浮閥塔設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容：
設(shè)計(jì)說明計(jì)算書一份
相關(guān)文獻(xiàn)檢索并翻譯
A0裝配圖一張，A1零件圖三張
畢業(yè)設(shè)計(jì)專題部分：吊柱的選用與校核
起止時(shí)間：2015年12月16日——2016年6月6日
指導(dǎo)教師： 王昭春 2016年 3 月 1日
摘要
隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，我國乙烯的市場需求量急劇增加，乙烯進(jìn)口量逐年增加，國內(nèi)產(chǎn)品市場占有率還不到百分之五十。乙烯工業(yè)是石油化工產(chǎn)業(yè)的龍頭，其發(fā)展水平早已成為衡量一個(gè)國家綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志之一，在石油化工產(chǎn)業(yè)乃至國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有極其重要的地位。
塔設(shè)備在化工、石油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護(hù)等工業(yè)部門中廣泛使用的重要生產(chǎn)設(shè)備，是一種十分重要的單元操作設(shè)備。塔設(shè)備的作用在于提供氣、液兩相以充分接觸的機(jī)會(huì)，使質(zhì)、熱兩種傳遞過程能夠迅速有效地進(jìn)行，從而達(dá)到相際間進(jìn)行傳質(zhì)及傳熱的目的；還可以使接觸后的氣、液兩相能夠及時(shí)分開，互不夾帶。塔設(shè)備主要應(yīng)用在石油化工行業(yè)，其種類頗多，按操作壓力分有加壓塔，常壓塔及減壓塔；按內(nèi)件結(jié)構(gòu)分有填料塔、板式塔；還有按單元操作分有精餾塔，吸收塔，介吸塔，萃取塔，反應(yīng)塔，干燥塔等。
本次設(shè)計(jì)的是年產(chǎn)3.6萬噸乙烯精餾浮閥塔。浮閥塔是20世紀(jì)50年代前后開發(fā)和應(yīng)用的，并在石油、化工等工業(yè)部門代替了傳統(tǒng)使用的泡罩塔，成為當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的塔型之一，并因具有優(yōu)異的綜合性能，在設(shè)計(jì)和選用塔型時(shí)常是被首選的板式塔。本次設(shè)計(jì)主要包括三大方面的內(nèi)容：一是工藝計(jì)算；二是強(qiáng)度及穩(wěn)定性的計(jì)算；三是專題部分的補(bǔ)充。
第一部分主要進(jìn)行了物料衡算，塔內(nèi)物件尺寸的確定，塔溫、塔板數(shù)的計(jì)算以及各種管徑的確定，附屬設(shè)備的選擇等等。
第二部分主要是在強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算中計(jì)算出塔器的各部分質(zhì)量，從而對(duì)塔的三個(gè)危險(xiǎn)截面進(jìn)行校核，主要是質(zhì)量載荷，風(fēng)載荷與地震載荷的計(jì)算，另外還要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算。
最后即是專題部分：吊柱的選用與校核。
關(guān)鍵詞: 板式塔; 精餾設(shè)備; 填料塔
Abstract
With the social development and progress, China's ethylene market demand for a sharp increase in the amount of ethylene imports increased year by year, the domestic market share of less than 50 percent. Ethylene is the leading petrochemical industry, and its level of development has become the measure of a country's comprehensive economic strength, an important sign, occupies an extremely important position in the petrochemical industry and the national economy.
Important tower production equipment in the chemical, petroleum, pharmaceutical, food and environmental protection and other industrial sectors are widely used, it is a very important unit operation equipment. You can also post the contact; the role of the tower equipment to provide gas and liquid phases opportunity to full contact, so that quality, two kinds of heat transfer process can be carried out quickly and efficiently, so as to achieve the purpose of phase interpersonal conduct mass transfer and heat transfer the gas and liquid phases can be separated in time, and do not entrainment. Tower equipment mainly used in the petrochemical industry, and its many types, according to the operating pressure divided pressurized tower, atmospheric tower and vacuum tower; internals structure divided by the packed tower, plate tower; there are divided by unit operation fractionator, absorber, dielectric absorption towers, extraction column, reaction tower, drying tower.
The design is an annual output of 36,000 tons of ethylene distillation tower float valve. Float valves before and after the 1950s, the development and application of, and in the petroleum, chemical and other industrial sectors instead of the traditional use of the bubble column, becoming the most widely used type of one of the towers, and because of excellent overall performance, in the design and selection of tower type it is often preferred plate column. The design mainly includes three aspects: First, the calculation process; the second is to calculate the strength and stability; third is to complement the thematic segment.
The first part was the material balance, the tower object to determine the size, column temperature, the calculated number of plates of various diameters and determine the choice of ancillary equipment and so on.
The second part is the quality of each part of the tower is calculated in the calculation of strength and stability, thus dangerous section of the three towers to be checked, mainly the mass load, calculate wind loads and seismic loads, but also for additional calculated reinforcement.
That last part is thematic: davit Selection and Verification
Key words: Tray Tower; Distilling Equipment; Packed towe
目 錄
前言 1
第一章工藝計(jì)算 3
1.1 物料衡算 3
1.1.1 塔頂產(chǎn)品量 3
1.1.2 塔釜、塔頂流量及組成 3
1.2 確定塔溫 4
1.2.1 塔釜溫度的確定 4
1.2.2 塔頂溫度的確定 5
1.2.3 進(jìn)料溫度 6
1.3 塔板數(shù)的計(jì)算 6
1.3.1 確定最小回流比 6
1.3.2 確定最小理論板數(shù) 7
1.3.3 確定理論板數(shù) 7
1.3.4 實(shí)際塔板數(shù) 8
1.3.5 確定進(jìn)料板位置 8
1.4 塔徑計(jì)算 9
1.4.1 精餾段塔徑 9
1.4.2 提餾段塔徑 12
1.5 塔內(nèi)物件的工藝尺寸 13
1.5.1 溢流程數(shù)的選擇 13
1.6 流體力學(xué)驗(yàn)算 15
1.6.1 氣體流過塔板的壓降 15
1.6.2 液泛校核 15
1.6.3 霧沫夾夾帶情況 16
1.7 安全操作范圍和操作線 16
1.7.1 精餾段 16
1.7.2 提餾段 17
1.8 附屬設(shè)備的選擇 19
1.8.1 全凝器的選擇 19
1.8.2 再沸器的選擇 19
1.8.3 回流泵的選擇 19
1.9 管徑設(shè)計(jì) 20
1.9.1 塔頂蒸汽管 20
1.9.2 回流管管徑 20
1.9.3 進(jìn)料管管徑 20
1.9.4 塔釜出料管 20
1.9.5 進(jìn)再沸器管 21
1.9.6 再沸器蒸汽入塔器 21
第二章強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算 22
2.1 圓筒和封頭的厚度和強(qiáng)度計(jì)算 22
2.2 載荷的計(jì)算 22
2.2.1 質(zhì)量載荷的計(jì)算 22
2.2.2 塔的自振周期 24
2.2.3 地震載荷及地震彎矩的計(jì)算 24
2.2.4 風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計(jì)算 26
2.2.5 最大彎矩 28
2.3 應(yīng)力校核 28
2.3.1 圓筒應(yīng)力校核 28
2.3.2 裙座殼軸向應(yīng)力校核 30
2.4 基礎(chǔ)環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 31
2.4.1 基礎(chǔ)環(huán) 31
2.4.2 地腳螺栓計(jì)算 32
2.4.3 肋板計(jì)算 32
2.4.4蓋板計(jì)算 33
2.5 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 34
2.5.1 塔頂蒸汽出孔 34
2.5.2 人孔的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 35
2.5.3 進(jìn)料管接管補(bǔ)強(qiáng) 36
第三章吊柱的強(qiáng)度計(jì)算 38
3.1 設(shè)計(jì)載荷 38
3.2 曲桿部分的校核 38
3.3 柱的校核 39
總結(jié) 41
參考文獻(xiàn) 42
致謝 43
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 前言
前言
塔設(shè)備是化工、石油、醫(yī)藥及環(huán)境保護(hù)等工業(yè)中廣泛使用的重要生產(chǎn)設(shè)備。塔設(shè)備的基本功能是提供氣、液兩相充分接觸的機(jī)會(huì)，使質(zhì)、熱兩種傳遞過程能夠迅速有效地進(jìn)行；而且能使接觸之后的氣、液兩相及時(shí)分開，互不夾帶。因此，蒸餾和吸收操作可在同一設(shè)備中進(jìn)行。
根據(jù)塔內(nèi)氣、液兩相接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，塔設(shè)備又可分為填料塔和板式塔兩大類。填料塔和板式塔均可用于蒸餾、吸收等氣-液傳質(zhì)過程，但在兩者之間進(jìn)行比較及合理選擇時(shí)，必須考慮多方面因素，如與被處理物料性質(zhì)、操作條件和塔的加工、維修等方面有關(guān)的因素等。填料塔內(nèi)裝有各式各樣的固體填充物，即填料。填料是填料塔的核心內(nèi)件，它為氣-液兩相接觸進(jìn)行傳質(zhì)和換熱提供了表面，與塔的其他內(nèi)件共同決定了填料塔的性能。液相由塔頂噴淋裝置分布在填料層之上，靠重力的作用沿填料表面流下；氣相則在壓強(qiáng)差的推動(dòng)下穿過填料的間隙，由塔的一端流向另一端。氣、液兩相在填料的潤濕表面上進(jìn)行充分接觸，其組成沿塔高連續(xù)地變化。板式塔是一種逐級(jí)接觸的氣-液傳質(zhì)設(shè)備。塔內(nèi)以塔板作為基本構(gòu)件，氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層，使氣-液兩相密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱，兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。
目前在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，在分離程度要求高、具有腐蝕性的物料、容易發(fā)泡的物料以及對(duì)于熱敏性物料的蒸餾分離等情況下，宜選用填料塔。在塔內(nèi)液體滯液量較大、液相負(fù)荷較小以及含固體顆粒等情況下，宜選用板式塔。蒸餾操作的規(guī)模往往較大，所需塔徑常達(dá)一米以上，故采用板式塔居多；吸收操作的規(guī)模相對(duì)較小，故采用填料塔居多。
1——?dú)怏w出口
2——液體入口
3——塔殼
4——塔板
5——降液管
6——出口溢流偃
7——?dú)怏w入口
8——液體出口
圖 1-1 板式塔結(jié)構(gòu)簡圖
浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在塔板上有若干個(gè)閥孔，每個(gè)閥孔上裝有一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥片，閥片本身連有幾個(gè)閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥轉(zhuǎn)90°，以限制閥片升起的最大高度，并且防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個(gè)略向下彎曲的定距片，當(dāng)氣速很低時(shí)，由于定距片的作用，閥片與塔板呈點(diǎn)接觸而坐落于閥孔上，在一定程度上可以防止閥片與板面的粘連。操作時(shí)，由閥孔上升的氣流經(jīng)閥片與塔板間隙沿水平方向進(jìn)入液層，隨即增加了氣液接觸時(shí)間，浮閥開度隨氣體負(fù)荷而變，在低氣量時(shí)，開度較小，氣體仍能以足夠的氣速通過縫隙，避免過多的漏液；在高氣量時(shí)，閥片自動(dòng)浮起，開度增大，使氣速不致于過大。浮閥塔板有生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率高，塔板結(jié)構(gòu)及安裝較為簡單、重量較輕、制造費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。然而其缺點(diǎn)就是：在氣速較低時(shí)，仍有塔板漏液，故低氣速時(shí)板效率有所下降；浮閥閥片有卡死和吹脫的可能，這會(huì)導(dǎo)致操作運(yùn)轉(zhuǎn)及檢修的困難；塔板壓力降較大，妨礙了它在高氣相負(fù)荷及真空塔中的應(yīng)用。
43
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 工藝計(jì)算
第一章 工藝計(jì)算
1.1 物料衡算
1.1.1 塔頂產(chǎn)品量
按7200小時(shí)/年考慮，
摩爾流量(C2H4): 178.25kmol/h[1]
1.1.2 塔釜、塔頂流量及組成
表1.1 進(jìn)料各組分組成及性質(zhì)
組 分
C2H4
C2H6
C3H6
CH4
沸 點(diǎn)
-103.7
-88.6 oC
-47.7
-161.5
分子量
28.05
30.07
42.08
16.04
組成
0.88989
0.09843
0.00510
0.00658
選擇乙烯為輕關(guān)鍵組分，乙烷為重關(guān)鍵組分，比乙烯沸點(diǎn)低的甲烷是輕組分，比乙烷沸點(diǎn)高的丙烯是重組分，兩關(guān)鍵組分揮發(fā)度相差較大，且兩者是相鄰組分，為清晰分割情況，比重關(guān)鍵組分還重的丙烯在塔頂不出現(xiàn)，比輕關(guān)鍵組分還輕的甲烷在塔頂不出現(xiàn)。這樣塔頂餾出液由甲烷乙烯和少量乙烷組成。塔釜由丙烯乙烷和少量乙烯組成。
規(guī)定：塔頂乙烷含量，<0.001
塔釜乙烯含量〈0.03
即 XDC2H6=0.001, XWC2H4=0.03
表 1.2 塔頂、塔釜流量
組分
C2H4
C2H6
C3H6
CH4
∑
進(jìn)料量KMol/h
88．989
9．843
0．510
0．658
100
塔頂產(chǎn)品流量KMol/h
89-0．0.03w
0.001
0
0.658
D
塔釜產(chǎn)品流量KMol/h
0.03w
9.843-0.001w
0.510
0
W
在全塔內(nèi)對(duì)對(duì)各個(gè)組分進(jìn)行物料衡算：
對(duì)于 CH4：0.00658F=DxDCH4
對(duì)于 C2H4：0.88989F=DxDC2H4+WxWC2H4
對(duì)于 C2H6：0.09843F=DxDC2H6+WxWC2H6
對(duì)于 C3H6：0.00510F=WxWC3H6
對(duì) C2H4 進(jìn)行物料衡算得：0.88989F=DxDC2H4+0.03W (1-1)
又有：F=D+W (1-2)
根據(jù)：D=DxDCH4+DxDC2H4+DxDC2H6
即：D=0.00658F+178.25+0.001D
代入數(shù)據(jù)，解得：
F=201.022 kmol/h
D=179.752 kmol/h
W=21.270 kmol/h
所以又可求：XDC2H4=0.99164 XDCH4=0.00736 XWC2H6=0.9218 XWC3H6=0.04820
則塔頂塔釜摩爾分率及摩爾流量列于表3
表 1.3 塔頂塔釜摩爾分率及摩爾流量
組分
C2H4
C2H6
C3H6
CH4
∑
塔頂
產(chǎn)品
摩爾流量
178.25
0.179
0
1.3230
179.752
組成
0.99164
0.001
0
0.00736
1
塔底
產(chǎn)品
摩爾流量
0.6381
19.6067
1.0252
0
21.270
組成
0.03
0.9218
0.04820
0
1
1.2 確定塔溫
1.2.1 塔釜溫度的確定
查P-T-K圖，計(jì)算 y=KX=1 [2] （1-3）
假設(shè)泡點(diǎn)溫度為20℃則可查烴類P-T-K得C2H4、C2H6、C3H6、CH4得K依次為20.5, 16, 4.6, 7.6代入得
=0.03×20.5+0.9218×16+0.04820×4.6+0×7.6=15.6>1
說明此泡點(diǎn)溫度過高。
假定溫度為-10℃
=1.34×0.03+0.93×0.9218+0.28×0.04820=0.911<1
假定溫度為-2OC
=1.54×0.03+1.24×0.9218+0.33×0.4820=1.205
所以：塔釜溫度為-2℃
1.2.2 塔頂溫度的確定
采用全凝器。
采用P-T-K圖查出ki值計(jì)算 y=KX 塔頂溫度=1
假設(shè)露點(diǎn)溫度為-20℃
==++=0.913<1
說明此溫度偏高
假設(shè)露點(diǎn)溫度為-25℃：
==++=1.036>1
試差法： -25℃+×1=-24.29℃
所以：塔頂溫度為-24℃
1.2.3 進(jìn)料溫度
查P-T-K圖，計(jì)算 y=KX=1 （1-4）
假設(shè)泡點(diǎn)進(jìn)料且溫度為-20℃
=1.34×0.88989+0.927×0.09843+0.267×0.0051+
5.55×0.00658>1
說明此進(jìn)料溫度過高
假設(shè)進(jìn)料溫度為-23℃
=1.01×0.08989+0.682×0.09843+0.179×0.0051+
5.05×0.00658=1.00006
所以：進(jìn)料溫度為-23OC
對(duì)塔的各部位溫度列于表4中
表 1.4 塔的溫度列表
塔底
塔頂
進(jìn)料
-2℃
-24℃
-23℃
1.3 塔板數(shù)的計(jì)算
1.3.1 確定最小回流比
假定塔內(nèi)各組分的相對(duì)揮發(fā)度恒定，且為衡分子流，由恩德無德公式視差求。
++……+=1-q ……… （1-5）
++……+=RM+1 ………… （1-6）
式中：XFA,XFB,XFC——進(jìn)料中A，B，C組分的分子分?jǐn)?shù)；
XPA，XPB，XPC——塔頂組分A，B，C組分的分子分?jǐn)?shù)；
q—— 進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)。泡點(diǎn)進(jìn)料，q=1;[3]
有關(guān)數(shù)據(jù)及αi列表5如下：
表 1.5 有關(guān)數(shù)據(jù)及αi列表
組分
C2H4
C2H6
C3H6
CH4
∑
XF
0.88989
0.09843
0.0051
0.00658
1
XP
0.99164
0.001
0
0.00736
1
KI
1.01
0.682
0.179
5.05
αi
1.48
1
0.26
7.4
將數(shù)據(jù)帶入（1）式中：
試取θ計(jì)算： θ=1.533 (1)式=0.07530
θ=1.35 (2)式=-0.0374 0
可求得θ=1。48，將θ帶入（2）式，求的Rm,
解得： Rm=2.2664
取回流比R=1.5×Rm=3.4
1.3.2 確定最小理論板數(shù)
理論回流比可取為1.5 R=3.26
1.3.3 確定理論板數(shù)
理論板層數(shù)由芬斯克方程求N
N==31.256 (1-7)
=0.3469 (1-8)
查吉利蘭圖[1]得=0.36
解得N=43.2 取44塊（不包括再沸器）
所以：理論塔板數(shù)為44塊。
1.3.4 實(shí)際塔板數(shù)
E=0.49（）
塔頂，塔釜的平均溫度 T=-13℃
查烴類P-T-k圖，得平衡常數(shù)： KC2H4=1.455, KC2H6=0.839
——相對(duì)揮發(fā)度為：=1.7432
==0.88989×0.07+0.09843×0.07+0.0051×0.0051+0.00658×0.02=
0.06999
解得E=0.898
所以：實(shí)際板數(shù)N==44/0.898=48.9
取49塊
1.3.5 確定進(jìn)料板位置
精餾段板數(shù) n= （1-9）
提留段板數(shù) m= (1-10)
m+n=49
（注 ：其中為輕關(guān)鍵組分對(duì)重關(guān)鍵組分相對(duì)揮發(fā)度，取塔頂、進(jìn)料、塔釜三處得幾何平均值）[5]
（）==1.642
（）==1.732
則n=26.63 取27塊
則提留段板數(shù)為m=49-27=22
1.4 塔徑計(jì)算
1.4.1 精餾段塔徑
（1） 氣液相負(fù)合及重度
精餾段以塔頂為計(jì)算基準(zhǔn)，
表 1.6 塔頂各組分得臨界性質(zhì)列
組分
%分子
Pc(kg/cm2)
Pc×%（分子）
Tc
Tc%分子
分子量
M%分子
C2H4
0.99164
50.48
30.076
282.9
280.6
28.05
27.8
C2H6
0.001
48.29
0.0482
`305.3
305
30.07
0.07
CH4
0.00736
45.79
0.334
190.9
1.39
10.04
0.117
合計(jì)
1
50.46
282.3
27.947
對(duì)比壓力：===0.42
對(duì)比溫度：==0.882
查得壓縮系數(shù)Z=0.75
塔頂上升蒸汽量：G=VD=（R+1）D=571kmol/h
體積流量：=416.4立方米/小時(shí)
塔頂上升蒸汽重度： Υv =38.32kg/m3
表 1.7 進(jìn)料各組分得臨界性質(zhì)
組分
%（分子）
Pc（kg/cm2）
Pc%分子
Tc
Tc%分子
分子量
M%分子
C2H4
0．88989
30．48
44.922
282.9
251.75
28.05
24.96
C2H6
0.09843
48.29
4.75
305.3
30.05
30.07
2.96
C3H6
0.0051
45.37
0.23
364.9
1.86
44.09
0.215
CH4
0.00658
45.79
0.3
190.9
1.26
16.04
0.11
合計(jì)
50.2
284.92
28.25
對(duì)比壓力：===0.418
對(duì)比溫度：==0.872
查得壓縮系數(shù)Z=0.691
體積流量：=0.107M3/S
精餾段氣相負(fù)合：
=0.113M3/S
表 1.8 塔底各組分得臨界性質(zhì)
組分
%（分子）
Pc(（kg/cm2）
Pc%分子
Tc
Tc%分子）
分子量
M%分子
C2H4
0．03
50．48
0．153
282．9
0．857
28．05
0．085
C2H6
0．9218
48．56
45．87
305．8
289．6
30．9
28．45
C3H6
0．04820
45．76
190．8
305.3
281.4255
30.07
27.7185
CH4
0
45.37
190．9
16．04
合計(jì)
1
45．79
308．3
30．76
對(duì)比壓力：===0.436
對(duì)比溫度：==0.879
查得壓縮系數(shù)Z=0.70
上升蒸汽量：G=VD=（R+1）D=（3.26+1）×124.849=571公斤/小時(shí)
體積流量：=422.9立方米/小時(shí)
查《輕碳?xì)浠衔飻?shù)據(jù)手冊(cè)》 圖2-15、2-17 [5] 得各組分重度；
表 1.9 塔頂各組分重度
組分
C2H4
C2H6
C3H6
CH4
重度
0．425
0．465
0
表 1.10 進(jìn)料各組分重度
組分
C2H4
C2H6
C3H6
CH4
重度
0．421
0．462
0．54
表 1.11 塔釜各組分重度
組分
C2H4
C2H6
C3H6
CH4
重度
0．35
0．427
0．555
——
塔頂各組分質(zhì)量流量百分比：
qDC2H4=0.928 qDC2H6=0.001 qDCH4=0.0042
解得 γlD =0.4575
塔底各組分質(zhì)量流量百分比：
QwC2H4=0.00276 qwC2H6=0.9363 qwCH4=0.0712
解得γlWw=0.4339
則精餾段液相重度===445.5kg/m3
液相負(fù)荷 = 26.95m3/h
動(dòng)能參數(shù)=0.2236取板間距H=0.4m 塔板上清液層高度為=0.07m
查史密斯關(guān)聯(lián)圖得C=0.05
查《輕碳化合物》圖4-1、4-2[6]得表面張力
表 1.12 混合液的表面張力
甲烷
乙烯
乙烷
丙烯
0
3.48
6.21
13.6
=0.9916×3.6+0.001×6.2=3.46
由式=（）得==0.0352 (1-11)
塔頂最大空塔速度 Wmax=C=0.1136m/s
空塔氣速W=0.7×W=0.7×0.1142=0.0795m/s
精餾段塔徑D==1.535m
取精餾段塔徑D=1.6m
精餾段實(shí)際空塔氣W=0.072m/s
相應(yīng)的空塔動(dòng)能因數(shù)為F=0.072×=5.6
1.4.2 提餾段塔徑
提餾段氣象重度`=V/Vs=43.52
提餾段液相重度==430.69
提餾段液相負(fù)荷=0.1121m3/s
則提餾段氣相負(fù)荷：Ls、=RD+qF=38.12m3/h
查史密斯關(guān)聯(lián)圖得C=0.045
查《輕碳化合物》圖4-1、4-2[4]得表面張力
Ρc2h4=1.21 Pc2h6=3.59 Pc3h6=10.49
混合液的表面張力=3.925
==0.0325
最大空塔速度: Wmax=C=0.0969
空塔氣速：W=0.7×W=0.0678m/s
提餾段塔徑D==1.62; 取塔徑1.6m
餾段實(shí)際空塔氣W`=0.073m/s
1.5 塔內(nèi)物件的工藝尺寸
1.5.1 溢流程數(shù)的選擇
（1）根據(jù)塔徑1.6米，液相負(fù)荷30～40m 3/h，查《有機(jī)化合物》表9-5[8]可知選單流型即可滿足要求。采用工型漿液板，分塊式塔盤。
（2）校核溢流強(qiáng)度
堰長： lW=0.7×D=0.7×1.6=1.12m
精餾段校核：i=ls/lw=27.5m3/h;
提餾段校核：I、=ls、/lw、=38.9 m3/h;
（3）塔堰高的確定
Hl=hw+how
hl——塔板上清液層高度; hww ——出口堰高度 how——堰上清液層高度
精餾段： how=0.03459
提留段： how、=0.037
（4）降液管面積
查《浮閥塔》表3-3[9]知=0.143 =0.0878
塔板面積A==0.785×1.6=1.54㎡
堰寬W=0.143×1.6=0.2m
溢流面積A=0.878× A=0.1385㎡
（5）校核液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間
精餾段t==7.4s5s
提餾段t==5.2s5s
降液管出口處的流體流速：
精餾段： Ud=Ls/Af=0.054m/s;
提餾段： Ud’=ls’/Af=0.77m/s
（6）降液管下端距塔盤的距離h：
h= (1-12)
w降液管下端出口處的流速一般取0.07~0.25m/s 可取0.2m/s
精餾段ho==0.0382m〈h=0.07m
提餾段ho==0.054〈h=0.07m
取距離為：h=0.05m
（7）浮盤數(shù)
采用F-1重閥, 閥孔直徑為39。
精餾段臨界閥孔氣速 ：==1.387m/s
提餾段臨界閥孔氣速: 、==1.326m/s
開孔率×100%=5.2%
閥孔總面積：
精餾段： A==0.08m2
提餾段: A==0.0847m2
精餾段閥數(shù): N==67個(gè)
提餾段閥數(shù): N==70個(gè)
精餾段與提餾段取相同的閥孔數(shù)：為68個(gè)。
（8）塔盤的布置
安定區(qū)Wf=0.06m; 無效區(qū)Wc=0.05m
按照等邊三角形叉排列 則中心距t=105mm.
1.6 流體力學(xué)驗(yàn)算
1.6.1 氣體流過塔板的壓降
正常操作，浮閥全開。
干板壓力降:hp=hc+hl+h
全開前:hc=0.7=0.000685米液柱
全開后hc=5.34=0.046米水柱
hl=0.4hw+how=0.4×0.43+0.027=0.0442米水柱
克服表面張力壓降h可忽略
h p=hl+ho=0.074米水柱
1.6.2 液泛校核
逸流管內(nèi)液成高度： H d=hl+hp++hd+hv (1-13)
hd=0.153=0.042米液柱
對(duì)hv可忽略不計(jì)，對(duì)浮閥塔可忽略不計(jì)
又因操作壓力小于30大氣壓hv可以忽略，故溢流管內(nèi)液層高度
Hd=hl+hp+hd=0.144米
取充氣因子β=0.5，β（HT+hw）=0.5×(0.4+0.0374)=0.218>0.144
所以可以避免液泛。
1.6.3 霧沫夾夾帶情況
精餾段V==0.033mm3/s [6] (1-14)
提餾段V==0.0346mm3/s
Z=d-2Wd=1.4-2×0.2=1.0m
Aa=AT-2Af=1.54-2×0.135=1.27立方米
K取0.85
CF查《基本有機(jī)化學(xué)工程》圖9-28[9]可知CF=0.107
則精餾段:F 1==33.3<80%
提餾段F1=38.3%<80%
所以產(chǎn)生的霧沫夾帶量不超過0.1公斤液體/公斤蒸汽，符合要求。
1.7 安全操作范圍和操作線
1.7.1 精餾段
（1）液相負(fù)荷上限:
取t=3秒 ==0.985立方米/秒 (1-15)
液相負(fù)荷下限:
因采用平直堰=0.000854×0.98=0.000837mm3/s
氣相負(fù)荷下限::
==0.0632mm3/s
氣相負(fù)荷上限——液泛線
A==3.83
B==0.5×0.4+(0.5-1.4)×0.043=0.1685
C===99.57
D==1.265
所以液泛線為：3.83
霧沫夾帶線為：
9.88
操作彈性為：v上/v下=2.55
1.7.2 提餾段
液相負(fù)荷上限:
取t=3秒 =0.0185mm3/s
液相負(fù)荷下限:
因采用平直堰=0.00837mm3/s
氣相負(fù)荷下限::
==0.0615mm3/s
氣相負(fù)荷上限:
液泛線
A==4.3
B==0.1685
C===99.56
D==1.265
4.3 (1-16)
所以霧沫夾帶線為
得10.46
用計(jì)算機(jī)繪出個(gè)操作線如圖1-1。
操作彈性為：v上/v下=2.76
圖 1-1 提餾段操作線
1.8 附屬設(shè)備的選擇
1.8.1 全凝器的選擇
選用冷凝介質(zhì)為-35℃液氨
塔頂溫度為-24℃，混合蒸汽的汽化熱對(duì)全凝器進(jìn)行熱量恒算，以單位時(shí)間為基 準(zhǔn)并忽略熱損失，所需傳遞的熱量。
表 1.13 焓差
成分
甲烷
乙烯
乙烷
含量
0.0074
0.9916
0.001
焓差（千卡/公斤）
112-25
150-75
156-63
Qc=VIVD-（LILD-DICD），
因?yàn)閂=L+D=（R+1）D，
所以：Qc=（R+1）D（IVD-ILD）=213761kj/h
1.8.2 再沸器的選擇
以再沸器為系統(tǒng)進(jìn)行熱量恒算，各成分的焓差
表 1.14 焓差
成分
乙烯
乙烷
丙烯
含量
0.03
0.9474
0.04954
焓差（千卡/公斤）
150-75
158-80
160-68
QB=V/IVW+WILW-L/ILW+QL，
QL——為再沸器的熱量損失，IVW——為再沸器中上升蒸汽的焓，ILW——為釜液的焓，提餾段底層板下降液的焓。
QB=V/IVW+WILW-L/ILW+QL=19396kj/h [7] （1-17）
1.8.3 回流泵的選擇
回流量L=RD=441 KMol/h， (1-18)
所以體積流量：Vs=27 m3/h。
所以泵選擇揚(yáng)程為30m.
1.9 管徑設(shè)計(jì)
1.9.1 塔頂蒸汽管
查表得蒸汽氣速12~20立方米/秒
蒸汽量立方米/秒
D = (1-19)
取v=15m/s 則得D=0.0918m ，取 Φ219×6的管。公稱直徑為Dg200.
1.9.2 回流管管徑
因?yàn)榛亓鞅盟?m/s
=0.0756 (1-20)
取=Φ108×4 公稱直徑為Dg100.
1.9.3 進(jìn)料管管徑
料液由高位大槽進(jìn)入塔內(nèi)WF取0.6m/s，則 =0.075
取 Φ108×6的管。公稱直徑為Dg100.
1.9.4 塔釜出料管
=0.0216 (1-21)
取 Φ76×4的管。公稱直徑為Dg65.
1.9.5 進(jìn)再沸器管
=0.122m,取 Φ219×6的管。公稱直徑為Dg200.
1.9.6 再沸器蒸汽入塔器
取速度為5m/s,則=0.055m 取 Φ194×6的管。公稱直徑為Dg175.
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算
第二章 強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算
2.1 圓筒和封頭的厚度和強(qiáng)度計(jì)算
圓筒和封頭材料選用16MnDR,許用應(yīng)力[б]=163mpa.
圓筒計(jì)算厚度[8]：
б=PcDi/（2[б]tФ-Pc） （2-1）
其中： Pc——計(jì)算壓力， Pc=1.1P=1.3mpa；
Ф——焊接接頭系數(shù)， 取1 ；
按GB709-65, 鋼板厚度負(fù)偏差C1=1mm，腐蝕余量取1mm；
б=2.3×1.4/2×16381-0.3=9.95mm
取鋼板名義厚度бn=12mm.
封頭厚度計(jì)算:
標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭K=1;
б= PcDi/（2[б]tФ-0.5Pc）=9.91mm
取鋼板名義厚度бn=12mm.
實(shí)驗(yàn)壓力校合：
液壓實(shí)驗(yàn)校合：
Pt=1.25P[б]/[ бt]=1.25×163=203
2.2 載荷的計(jì)算
2.2.1 質(zhì)量載荷的計(jì)算:
H=53×0.4+4×0.3+1.6+2+1.5+3=30.1m
塔殼和裙座的質(zhì)量
m01=π/4[1.4+0.015×2）2-1.42]×（27.8+3）×7.85×103 (2-2)
=π/4（1.4302-1.42）×30.8×7.85×103=15721㎏。
人孔、法蘭、接管等附件質(zhì)量:ma=0.25 m01=2873㎏。
內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量
m02=π/4×1.42×55×75=6235㎏。（單位面積重75㎏）
保溫層質(zhì)量
m03=π/4[(1.4+0.012×2+0.2) 2-(1.4+0.012×2)2]×27×45=582㎏.
平臺(tái)、扶梯質(zhì)量：
m04=40×30+π/4[(1.63+0.05×2+1.2×2) 2-(1.63+0.05×2)2]×150×6×1/2
=1200+49681.1=3924㎏.
操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量m05=π/4×1.42×0.07×450×55=3670㎏.
充水質(zhì)量mw=π/4×1.42×27×1000=38484㎏.
塔器的操作質(zhì)量m0= m01+m02+m03+m04+ m05+ma= 32765㎏，
塔內(nèi)的最大操作質(zhì)量mmax= m01+m02+m03+m04 +ma+ mw=47592㎏
塔內(nèi)的最小操作質(zhì)量mmin= m01+0.2m02+m03+m04 +ma=24107㎏
將塔沿高度分成5段，每段高為6m，(如圖2-1所示)
圖 2-1 塔結(jié)構(gòu)
其質(zhì)量列入表2.1中。
表 2.1 質(zhì)量
項(xiàng)目
段號(hào)
1
2
3
4
5
6
m01+ma
14364
14364
14364
14364
14364
14364
m02
450
1595
1595
1595
1595
1595
m03
366
879
880
880
880
880
m04
150
943
943
943
943
943
m05
150
880
880
880
880
880
mw
1500
9246
9246
9246
9246
9246
m0
1400
7841
7841
7841
7841
7841
mmax
2000
11398
11398
8063.9
11398
11398
mnin
1000
5777
5777
57775777
7841
5777
5777
5777
2.2.2 塔的自振周期
T1=90.33H（m0H/EδeDi3）1/2×10-3 , [9] （2-3）
其中δe=δn-c=15-0.25-1.2=13.55mm
T1=90.33×30000（36789.5×30000/2×105×13.55×14003）1/2×10-3
=1.4s
2.2.3 地震載荷及地震彎矩的計(jì)算
表 2.2 地震力和地震彎距
塔段號(hào)
項(xiàng)目
1
2
3
4
5
操作質(zhì)量
mi kg
1400
7841
7841
7841
7841
集中質(zhì)量距
地高度hi mm
3000
9000
15000
21000
27000
hi1.5
5．2
24．6
56．9
94
137
mihi1.5
727．5
2．07×105
4．468×105
7．37×105
10．74×105
mihi3
0．378×105
54．7×105
254×105
693×105
1410×105
10
A=∑mihi1.5
i=1
2．464×106
10
B=∑mihi3
i=1
2．4117×107
k1=
0.053
0.269
0.581
0.96
1.4
Cδ
0.5
塔段號(hào)
項(xiàng)目
1
2
3
4
5
α1=(Tg/T)αmax
0.146
Fk1= Cδα1yk1mkg
53.
1510
3262
5390
7860
αvmax=0.65αmax
0.2952
Meg=0.75Mo
24573.5
Fv=
gαvmaxMeg
70512.5
Mi×hi
4200
69549
1.16×10^5
1.62×10^5
2.08×10^5
5.603×10^8
527.6
8753
1.46×10^4
2.04×10^4
2.6×10^4
Fki×hi
159×10^3
1.34×10^7
4.83×10^7
1.11×10^8
2.09×10^8
3.82×10^8
H/Di=51.7/2.2 =28.045 > 15 [10]須考慮高振型影響。
I-I截面地震彎矩：
II-II截面地震彎矩：
2.2.4 風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計(jì)算：
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