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精馏塔机械设计

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辽宁石油化工大学毕业设计（论文）Graduation Project (Thesis) for Undergraduate ofLSHU题目精馏塔T-101机械设计TITLE T-101 mechanical design of distillation column 学院School专业班级Major&Class姓名Name指导教师Supervisor201 年月日本论文为原创，为了方便学弟学妹参考特发到百度文库，图纸没发0.0论文独创性声明本人所呈交的论文，是在指导教师指导下，独立进行研究和开发工作所取得的成果。

除文中已特别加以注明引用的内容外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并致谢。

本声明的法律结果由本人承担。

特此声明。

论文作者（签名）：201年月日摘要精馏设备是一种常见的过程设备。

对工业生产过程的生产效率有重要影响，例如能源利用率，环保等。

在国民经济发展中起着重要作用，有着无可撼动的地位，因此，我们必须认真对待关于塔设备的研究。

塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。

本次设计的精馏塔是分离乙烯醋酸聚合物的塔设备。

在设计时要考虑实际要求，并遵循塔设备的设计原则，要经历总体结构设计、零部件结构设计、参数设计和设计实施这几个过程，之后才能完整的设计出合格的塔设备。

说明书反映的是设计的基本过程。

第一章为概述，主要阐述了设计的背景以及塔的基本知识；第二章是塔基本结构的设计，从整体和部分各环节进行了机械的设计和选型；第三章则是对已设计好的方案进行各种载荷的计算以及校核，校核合格后方能证明该设计方案的合理性；第四章对需要补强的开孔进行了补强设计；最后一章则是说明了主要零部件的制造工艺。

另外，需要绘制CAD图纸。

绘制时应该严谨，并尽量保持其正确性。

除了塔的整体装配图外，还要绘制4张零件图。

关键词：精馏塔；设计；校核；补强；装配图AbstractThe rectifying column equipment is one kind of common process equipment. In the process industrial production it has an important impact to the production efficiency, the energy use factor, the environmental protection and so on. As the process industry is pivotal to national economy's development function, therefore, we must take seriously the tower equipment's research. Tower equipment Have a great effect on the performance of the whole device product yield, quality, production capacity and consumption and waste treatment and environmental protection etc..The design of the distillation tower is the separation of EV A polymer tower equipment When design we must consider to request actual, to follow the tower equipment's principle of design, which experience the demand analysis, the gross structure design, the spare part structural design, the parameter design and the design implements these processes.The instruction booklet has reflected the design unit process. The first chapter is the outline, mainly elaborated the design background and the tower elementary knowledge; The second chapter is the basic structure design, has carried on machinery's design and the shaping from the whole and part various links; The third rules to the plan which designs have carried on each kind of load the computation as well as the examination, the examination qualified can prove the design proposal the rationality; The fourth chapter carries on the reinforcement design for the opening which needs the reinforcement; The last chapter explained the main spare part fabrication technology.Moreover, the CAD drawing of the map is also necessary. The blueprint is also master documents during the manufacture. Drawing must be strict, as far as possible to maintain accuracy. Besides the overall assembly drawing of tower, but also drew up four detail drawings to carry on the supplement to it, caused the expression to be clearer concretely.Keywords: Rectifying column；Design；Checking；Reinforcement；Assembly drawing目录1 前言 (1)1.1 塔设备概论 (1)1.2 常压塔的主要结构 (2)2 精馏塔基本结构的设计 (4)2.1 设计条件 (4)2.2 塔高的确定 (4)2.3 塔盘选型与设计 (6)2.3.1 塔盘型式及设计 (6)2.3.2 塔盘的结构设计 (8)2.3.3 塔盘板 (8)2.3.4 塔盘主梁和支梁的设计 (10)2.3.5 塔盘的紧固件 (10)2.4 附件设计 (10)2.4.1 人孔 (10)2.4.2 接管 (11)2.4.4 吊柱 (14)2.4.5 操作平台与梯子 (15)2.4.6 保温层 (15)2.4.7 裙座 (15)3 强度和稳定性计算 (17)3.1 材料的选择 (17)3.1.1 筒体和封头材料的选择 (17)3.1.2 裙座材料的选择 (17)3.1.3 接管的材料 (17)3.2.1 厚度计算过程步骤 (17)3.2.2 厚度计算 (18)3.3 载荷计算 (19)3.3.1 质量载荷 (19)3.3.2 塔的自振周期计算 (21)3.3.3 地震载荷及地震弯矩计算 (22)3.3.4 风载荷和风弯矩计算 (24)3.3.5 最大弯矩 (26)3.4 校核计算 (27)3.4.1 圆筒应力校核 (27)3.4.2 裙座计算 (28)3.4.3 裙座与塔壳对接焊缝校核 (33)4 开孔补强 (34)4.1 补强的判据 (34)4.2 对塔顶气体出口的补强 (34)4.2.1 补强计算方法判别 (35)4.2.2 开孔所需补强面积 (35)4.2.3 有效补强范围 (35)4.2.4 有效补强面积 (36)4.3 人孔的补强 (36)4.3.1 补强计算方法判别 (37)4.3.2 开孔所需补强面积 (37)4.3.3 有效补强范围 (37)5 主要零部件的制造工艺 (39)5.1 零部件的制造 (39) (39)5.1.2 封头的制造 (40)5.2 塔设备的制造 (48)5.3 塔体及塔盘的制造技术条件的规定 (41)总结 (42)参考文献 (43)谢辞 (44)1 前言1.1 塔设备概论塔设备是化工、石油化工和炼油、医药、环境保护等工业部门的一种重要的单元操作设备。

它的作用是实现气（汽）——液相或液——液相之间充分的接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。

可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。

此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。

塔设备应用面广、量大，其设备投资费用占整个工艺设备费用较大的比例。

在化工或炼油厂中，塔设备的性能对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额以及三废处理和环境保护等各个方面都有着重大影响。

因此，塔设备的设计和研究受到化工、炼油行业的极大重视。

为了使塔设备能更有效、更经济地运行，除了要求它满足特定的工艺条件外，还应满足以下要求：（1）气（汽）液两相充分接触，相际间的传热面积大；（2）生产能力大，即气液处理量大；（3）操作稳定，操作弹性大；（4）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。

这将大大减少生产中的动力消耗，以降低操作的费用；（5）结构简单，制造、安装、维修方便，并且设备的投资及操作费用低；（6）耐腐蚀，不易堵塞。

方便操作、调节和检修。

塔设备的分类：（1）按操作压力可分有加压塔、常压塔以及减压塔；（2）按单元操作可分有精馏塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等；（3）按内件结构可分有填料塔、板式塔;（4）按形成相际接触界面的方式可分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔。

1.2 常压塔的主要结构在塔设备的类别中，由于目前工业上应用最广泛的是填料塔以及板式塔，所以主要考虑这两种类别。

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化工原理课程设计任务书-精馏塔

化工原理课程设计任务书-精馏塔

板式精馏塔的设计指导书一、设计内容1.设计方案的确定（设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的形式进行简要的论述。

）(1)操作压力 (2)进料状态 (3)加热方式 (4)热能利用2.主要设备的工艺设计计算(1)物料衡算; (2)热量衡;(3)回流比的确定;(4)工艺参数的选定;(5)理论塔板数的确定3.塔板及塔的主要尺寸的设计(设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。

)(1)塔板间距的确定(2) 塔径的确定(3) 塔板布置及板上流体流程的确定4. 流体力学的计算及有关水力性质的校核5. 板式精馏塔辅助设备的选型:典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备的规格、型号的选定。

6.绘制流程图及精馏塔的装配图: 工艺流程图：以单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向，物流量、能流量，主要测量点。

主要设备的工艺条件图：主体设备工艺条件图是将设备的结构设计和工艺尺寸的计算结果用一张总图表示出来。

图面上应包括如下内容:①设备图形：指主要尺寸(外形尺寸、结构尺寸、连接尺寸)、接管、人孔等；②.技术特性：指装置的用途、生产能力、最大允许压强、最高介质温度、介质的毒性和爆炸危险性；③.设备组成一览表：注明组成设备的各部件的名称等。

应予以指出，以上设计全过程统称为设备的工艺设计。

完整的设备设计，应在上述工艺设计基础上再进行机械强度设计，最后提供可供加工制造的施工图7.编写设计说明书：设计说明书的内容：①目录；②设计题目及原始数据(任务书)；③简述酒精精馏过程的生产方法及特点(设计方案简介)，④论述精馏总体结构(塔型、主要结构)的选择和材料选择；⑤精馏过程有关计算(物料衡算、热量衡算、理论塔板数、回流比、塔高、塔径塔板设计、进出管径等) (工艺计算及主要设备设计);⑥设计结果概要(设计结果汇总):主要设备尺寸、衡算结果等;⑦主体设备设计计算及说明；⑧主要零件的强度计算（选做）；⑨附属设备的选择(辅助设备的计算和选型,选做）；⑩参考文献；(11)设计评述(后记)及其它．整个设计由论述，计算和图表三个部分组成，论述应该条理清晰，观点明确；计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所有数据必需注明出处；图表应能简要表达计算的结果。

板式精馏塔的设计

板式精馏塔的设计


密封件的设计需要考虑到密封性能、耐高温和耐腐蚀性等因素。在实际设计 中，一般选用机械密封或填料密封等形式，并需要对密封件的材料和制造工艺进 行严格筛选和考核。 4.3支架设计支架是板式精馏塔的支撑部件，主要作用是固 定板片和密封件等元件。支架的设计需要考虑到设备的强度、稳定性和操作方便 性等因素。
2.3数据采集为了进பைடு நூலகம்板式精馏塔的设计，需要采集物料的物性参数、操作 条件以及类似设备的运行数据等。
2.4设计参数计算根据采集的数据和流程规划，计算板式精馏塔的主要参数， 包括塔高、塔径、板数、间距、流体力学等。
2.5辅助设计进行辅助设计，包括塔内件的材料选择、制造工艺、结构设计 等，确保塔体和内部构件的稳定性和耐用性。
传感器设计需要考虑到测量的准确性、稳定性和可靠性等因素。在实际设计 中，一般选用电感式、电容式、光电式等传感器形式，并需要对传感器的位置和 数量进行合理布置和选择。 5.
感谢观看
2、基本设计流程板式精馏塔的设计流程包括以下几个方面：
2.1设计目标确定首先需要明确板式精馏塔的设计目标，包括分离的物料种 类、分离的纯度、处理能力、操作压力和温度等。
2.2流程规划根据设计目标，确定板式精馏塔的流程。流程规划包括物料的 预处理、进料方式、操作模式、加热和冷却方式以及塔内件的结构设计等。
板式精馏塔的设计
基本内容
板式精馏塔是一种广泛应用于化工、石油、食品和医药等行业的蒸馏设备。 它通过将液体混合物进行多次汽化和冷凝，从而将不同沸点的组分分离出来。本 次演示将详细介绍板式精馏塔的设计流程、塔体设计、传质元件设计、控制系统 设计以及数据分析与结果呈现。
1、引言板式精馏塔是一种高效的分离设备，通过多次汽化和冷凝将液体混 合物分离成不同沸点的组分。在化工、石油、食品和医药等行业，板式精馏塔被 广泛应用于原料的预处理、产品的提纯和分离以及废液的处理等。因此，板式精 馏塔的设计对于工业生产过程的经济性和效率具有重要意义。
化工原理课程设计(化工机械设计部分)精馏塔

化工原理课程设计(化工机械设计部分)精馏塔

化工机械设计部分设计条件：设计压力0.1Mpa ，工作温度130℃，设计温度150℃，介质名称为苯—氯苯，介质密度为973㎏/3m ，基本风压300N/㎡[1]，地震烈度为8，场地类别Ⅱ，塔板数量22，塔高26m ，保温层材料厚度为100mm ，保温层密度为300㎏/3m一 塔体及封头厚度设计1壳体材料选取 该塔工作温度为130℃，设计压力为0.12Mpa ，塔体内径3400mm ，塔高21米。

介质苯-氯苯有轻微的腐蚀性，选用强度较好的16MnR ，16MnR 在设计温度下的许用应力[]t σ=170Mpa ，Rel=345Mpa ，腐蚀裕量2C =2mm ，采用双面对接焊缝，局部无损探伤，焊接系数为Φ=1.02塔体厚度计算计算压力：0.12c p MPa = 2C mm = []170tMPa σ= D=4600mm 1.0φ=圆筒的计算厚度：[]0.1246001.35217010.12c i tcp D mm p δσφ⨯===⨯⨯--设计厚度：2 1.352 3.35d C mm δδ=+=+=考虑到其受到风载荷、地震载荷、偏心载荷和介质压力作用，取名义厚度：8n mm δ= 有效厚度：.8 2.8 5.2e n C mm δδ=-=-=3封头厚度计算 （封头采用标准椭圆形封头，材料与筒体相同）计算压力：0.12c p MPa = 2C mm = []170tMPa σ= 4600i D mm = 1φ=封头厚度：[]0.146001.35217010.50.120.5c itcp D mm p δσφ⨯===⨯⨯-⨯-设计厚度：2 1.352 3.35d C mm δδ=+=+= 取名义厚度：8n mm δ=有效厚度：.8 2.8 5.2e n C mm δδ=-=-=二 塔设备质量载荷计算1 筒体、圆筒、封头、裙座的质量【8】 2附件的质量 3塔内构件的质量筛板塔塔盘单位质量265/N q kg m = 塔内构件的质量：22020.785 4.62265237534i m D Nq kg πN ==⨯⨯⨯=4 保温层的质量 5平台、扶梯的质量查得平台单位质量2150/P q kg m = 笼式扶梯单位质量40/F q kg m = 其中平台数3n =，笼式扶梯高度为26000mm 平台、扶梯的质量㎏()()222204002340210.785 4.6162 4.616150389754f p m q H D D q kg π⎡⎤⎡⎤=⨯++-⨯⨯=⨯+⨯+-⨯⨯=⎣⎦⎣⎦6操作时物料的质量 7水压试验质量 8 操作质量： 9 全塔最大质量m max =m 01+ m 02+ m 03+ m 04+ m a + m w =377326 10 全塔最小质量m min =m 01+0.2 m 02+ m 03+ m 04=43256kg计算前先对塔进行分段，以地面为0-0截面，裙座人孔为1-1截面，塔低封三塔的自振周期四 风载荷与风弯矩的计算【6】① 0-0截面风弯矩0031241213124123()()()2222w l l l lM P P l P l l P l l l -=+++++++++=91.00510(mm)N ⨯ ②1-1截面风弯矩2-2截面风弯矩五地震弯矩的计算第一振型脉动系数： 0.02 衰减指数：0.95 塔总高：26m 自振周期 T1=0.36场地特征周期：0.35g T =（表8-2） 地震影响系数最大值：max 0.24α=（表8-3） 地震影响系数：10.077α= H (0-0)=0mmH （1-1）=1000mm H （2-2）=7000mm底截面处地震弯矩：00810161.259.691035E M m gH N mm α-=⨯=⨯⋅ 1—1截面处地震弯矩：()113.5 2.5 3.58102.581.25101449.1710175E m g M H H h h N mm H α-=-⋅+=⨯⋅2—2截面处地震弯矩：1.1 偏心弯矩的计算不设置再沸器所以不考虑1.2 各种载荷引起的轴向应力1.2.1 计算压力引起的轴向应力 1.2.2 操作质量引起的轴向应力各截面操作质量： 0—0截面1—1截面 2—2截面 8634585437799891.2.3 最大弯矩引起的轴向应力最大弯矩：1.3 塔体和裙座危险截面强度与稳定性校核1.3.1 截面的最大组合轴向拉应力校核截面2-2，塔体的最大组合轴向拉应力发生在正常操作的2-2截面上，其中[]170tMpa σ=，[]t1.0, 1.2=1.21701=204pa K K M σΦ==Φ⨯⨯⎡⎤⎣⎦载荷组合系数，塔体的最大组合轴向啦应力发生在正常时的截面2-2上所以满足要求1.3.2 塔体与裙座稳定性校核塔体截面2-2上的最大组合轴向压应力 所以满足要求 其中0.0940.000212i eA R δ== 查图5-9得（16MnR ，200℃） E=1.86×510 []170tMpa σ=【6】 塔体1-1截面上的最大组合轴向压应力查图5-9得（Q235-B 150℃）E=2×510[]113tMpa σ= 塔体截面0-0上的最大组合轴向压应力1.4 塔体水压试验和吊装时的应力校核1.4.1 水压试验时各种载荷引起的应力液柱静压：1000260.26H g MPa γ=⨯=试验压力：[][]1.250.125T t p p MPa σσ==试验压力和液柱静压力引起的环向应力： 试验压力引起的轴向啦应力： 最大质量引起的轴向压应力 ：弯矩引起的轴向应力1.4.2 水压试验时应力校核筒体环向应力校核0.9310.5s K MPa σ= 16MnR （345s MPa σ=）170.48310.5T MPa MPa σ=〈，满足要求 最大组合轴向拉应力校核22max 20.070.9310.5s MPa Mpa σσφ-=-〈=，满足要求最大组合轴向压应力校核1.5 基础环设计1.5.1 基础环尺寸裙座外径：4600164616os D mm =+= 基础环外径：046004005000b D mm =+=基础环内径：46004004200ib D mm =-=基础环伸出宽度：()()115000461619222ob os b D D mm =-=-=基础环面积：()22257776004obos b A D D mm π=-= 基础环截面系数：()448361.61032obos b obD D Z mm D π-==⨯1.5.2 基础环的动力校核所以取以上俩者较大的max 1.56MPa σ=。

新型复合式内部能量集成的精馏塔的机械设计与水力学模拟

新型复合式内部能量集成的精馏塔的机械设计与水力学模拟

新型复合式内部能量集成的精馏塔的机械设计与水力学模拟引言精馏技术广泛应用于化工、医药、精细化工等行业，投资和能耗较高。

内部热集成精馏塔（internally heat integrated distillation column，HIDiC）是一种新型精馏技术，它结合了热泵精馏和透热精馏节能的特点。

这种结构一方面将精馏段塔顶热端蒸气的余热充分利用回收；另一方面塔段间的透热使得各塔板的传质推动力平均化，实现逐板传热，提高了精馏塔的热力学效率。

因此该技术具有极大的节能效率，与常规蒸馏塔相比节省的能耗可达30%～60%，这是理论上最先进的精馏技术，受到了众多学者的关注。

随着CFD 理论的发展，研究人员开始利用CFD模拟的方法研究塔板的水力学特征。

相比实验，CFD 可以更加精确地描述塔板上的流动情况，可以预测塔板的板效率，Wang 等对隔板塔塔盘流场进行了水力学模拟，并与实验结果进行了对比，两者具有极大的相似性。

Rodríguez-Ángeles等通过对隔板塔的机械设计以及CFD 模拟，对隔板中筛板上的水力学参数进行了优化，提高了塔盘的传质效果。

较多的研究者对于HIDiC的研究只是停留在能量优化以及控制策略上，但对于与理想的HIDiC 理论相吻合的模型以及机械结构的设计和水力学模拟较少，本文基于以上问题，在HIDiC理论的基础上构建了新型的HIDiC 塔节，并用CFD 软件进行了水力学分析。

1 机械设计首先建立内部能量集成的精馏塔理论模型，如图1 所示，提馏段塔顶蒸气经压缩机加压升温后进入精馏段塔底部，精馏段塔底回流液经节流阀减压后回到提馏段塔顶部与原料混合。

两塔段间通过塔壁或换热板进行热量交换，精馏段蒸气在上升中冷凝，提馏段回流液在回流中蒸发，这样精馏段冷凝器和提馏段再沸器的热负荷会大幅减小。

图1 内部能量集成的精馏塔示意图Fig.1 Schematic diagram of internal heat integrated distillation columns 以苯和甲苯为分离物系，饱和液体进料，进料压力为常压。