塔板结构及辅助设备设计共39页
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板式塔设备机械设计 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】1板式塔设备机械设计任务书设计任务及操作条件试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计已知条件为:塔体内径mm D i 2000=,塔高m 30,工作压力为MPa 2.1,设计温度为300℃,介质为原油,安装在广州郊区,地震强度为7度,塔内安装55层浮阀塔板,塔体材料选用16MnR ,裙座选用A Q -235。
设计内容(1)根据设计条件选材;(2)按设计压力计算塔体和封头壁厚; (3)塔设备质量载荷计算; (4)风载荷与风弯矩计算; (5)地震载荷与地震弯矩计算; (6)偏心载荷与偏心弯矩计算; (7)各种载荷引起的轴向应力;(8)塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核; (9)塔体水压试验和吊装时的应力校核; (10)基础环设计; (11)地脚螺栓计算; (12)板式塔结构设计。
.设计要求:(1)进行塔体和裙座的机械设计计算; (2)进行裙式支座校核计算; (3)进行地脚螺栓座校核计算; (4)绘制装备图(A3图纸)2塔设备已知条件及分段示意图按设计压力计算塔体和封头厚度塔设备质量载荷计算风载荷与风弯距计算偏心弯距最大弯距圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核地脚螺栓计算4计算结果总汇1按设计压力计算塔体和封头厚度4后记本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。
计算量比较大,计算公式繁琐,数据比较大。
在计算过程中遇上一些参数是需要从书本的图或表格中查找出,有些数据还需要结合我们的理论课的书本来查找相关系数。
在设计的过程中,我们都会遇到各种各样的问题,但是大家一起努力工作的同时,对不懂的问题进行讨论之后,把遇到的问题都解决了。
只要把大家的力量聚集起来,就没有解决不了的问题。
这次课程设计让我们感受到,工程类的设计是多么的有特色,数据查找难,计算量大,公式繁琐。
最后感谢老师的指导,组员的帮助,其他舍友以及其他同学的共同努力,让本次课程设计顺利完成。
六 附属设备的设计1.塔高计算间接蒸汽加热裙座高度4m 塔底最后一块板距塔底1.2m 塔顶第一块板距塔顶0.8m理论板数17.36块(不含塔釜),精馏段10.8块,提馏段6.56块。
实际精馏段N/E t =17.36/0.403=42.71块每十块板开一个人孔,板间距为0.8m ,共开4个塔高=0.8*6+0.5*37+1.2+4=28.5 m 2.泵的设计和选型(1).原料泵 :工艺流程中进料方式采用泵直接进料进料温度30℃,查水3/7.995m kg =ρ,甲醇3/3.794m kg =ρ 液体密度;ρl=1/(O.2 /995.7+0.8/794.3)=827.7 kg/m ³ F=25000000/3600/8000= 0.8681 kg/s V=0.8681/827.7=0.001049 m ³/s假设液体流速为s m /2.1033.02.114.3001049.04u4d =⨯⨯==πVm = 33mm选取管道mm d 32= mm b 5.3= 即mm 5.332⨯φ的热轧无缝钢管mmd i 255.3232=⨯-=m/s14.2025.014.3001049.04d 4u 22i=⨯⨯==πV对加料板面机械能衡算,地面为基准面,假设管路总长L=25m 管路上安装2个ο90的标准弯头 5.1275.0=⨯=ε 泵排出管路上安装一个摇板式止回阀 2=ε入塔前安装一个半球心阀 5.9=ε 流量计上下各安装一个全开球心阀 8.1224.6=⨯=ε预热器阻力 6.9=ε所以4.356.98.125.925.1=++++=总ε 进料口离地面高度:Z=4+1.2+14*0.5+2*0.8=13.8 m 30℃时cp 503.08007.0==已醇水μμcp()10.27270.80070.27270.5030.7195cp μ-⨯⨯=+=400049.61493107195.014.2827025.0d 3e ≥=⨯⨯⨯==-μρuR 属于湍流Re 在3000-3000000范围内且粗糙管内径为25mm 的新钢铁管,可用以下公式:023.03664.025.0==eR λm gudl h f 6.138.9214.2)4.35025.025023.0(2)(22=⨯+⨯=+=ζλh p =0.774 kp ΔP=0.774*27=20.9 kp m hgugpZ f6.276.138.9214.28278.99.208.132h 22e =+⨯+⨯+=+∆+∆+∆=∑ρQ=V*3600=0.001049*3600=3.7764m 3/h 选取泵IS50-32-250汽蚀余量m 0.2h =∆ Q=6.3m 3/h he=20m (2).回流泵原料温度为64.5℃,查得:甲醇3/62.763m kg =ρ 水3/77.980m kg =ρ3/469.777mkg L =平均ρL=R*D=1.112*24.106=26.8kmol/h L S =00032.03600=⨯∙ρML假设流体流速为0.8m/smm m uVd 23023.08.014.300032.044==⨯⨯=⨯⨯=π选取Φ28m m 2m m ⨯的冷拔无缝钢管282224i d m m=-⨯=sm dVu i/701.0024.014.300032.04422=⨯⨯=⋅⨯=π假设管路总长L=100m管路上安装3个ο90的标准弯头 25.2375.0=⨯=ε 泵排出管路上安装一个摇板式止回阀 2=ε回流入塔前安装一个半球心阀 5.9=ε 流量计上下各安装一个全开球心阀 8.1224.6=⨯=ε全凝器的阻力 12=ε所以55.38128.125.9225.2=++++=总ε 64.5℃时cp 327.04386.0==甲醇水μμcpcp 328.04386.0009.0327.0991.0=⨯+⨯=平均L μ400039513210327.0.7010768024.0d 3e ≥=⨯⨯⨯==-μρuR30.0247680.9075107840000.327310e d uR ρμ-⨯⨯===>⨯属于湍流0.020.0008324dε==所以 0.23680.1(0.00083)0.02438R e λ=⨯+=m gud l h f 45.38.92701.0)55.38024.010002438.0(2)(22=⨯+⨯=+=ζλm hgugpZ f45.32h 2e =+∆+∆+∆=∑ρQ=V*3600=0.00032*3600=1.152m 3/h选取泵IS50-32-125 汽蚀余量32.03.75/ 5.4h m Q m hH m∆===3.原料预热器选用根据费用估算时的计算方式算得的预热器的面积A=3.42m2 (热量衡算时考虑了热量损失)选取换热器基本参数如下:4.冷却器选用根据前面方法算得到的冷却器的面积A=1.53m2选取冷却器基本参数如下5.塔底再沸器的选用根据前面算法算得的再沸器的面积A=22.51m26.全凝器选用蒸汽走壳程,馏出液走管程,()5.322/3530=+水定性温度℃, 由前面算得冷凝面积为38m 27.接管尺寸设计a.进料管前面已经选取mm mm 5.332⨯Φ的热轧无缝钢管, 且流速s /m 14.2u = b.出料管一般可取塔底出料管的料液流速U W 为0.5~1.5 m/s ,循环式再沸器的料液流速可取1.0~1.5 m/s ,(本设计取塔底出料管的料液流速U W 为0.8 m/s)mm d 8.138.014.300012.04=⨯⨯=应该选取mm mm 5.118⨯φ的冷拔无缝钢管 c.塔顶升汽管操作压力为常压时,蒸气导管中常用流速u 为12~20 m/s, 设s m u /10=255d m m ===应选取两根mm mm 4114⨯Φ并联作为排气管 d.回流管①当塔顶冷凝器械安装在塔顶平台时,回流液靠重力自流入塔内,流速U R 可取0.2~0.5 m/s ②当用泵输送时,可取1.5~2.5 m/s(本设计应用前者,回流液靠重力自流入塔内,流速U R 取0.5 m/s)32.3d mm ===应选取38 2.5mm mm ϕ⨯的热轧无缝钢。
板式塔的结构:板式塔的常见塔体由等直径、等壁厚的钢制圆筒及惰圆封头的顶盖构成。
随着化工装置的大型化,为节省原材料,有用不等直径、不等壁厚的塔体。
塔体的厚度除应满足工艺条件的强度外,还应校核风载荷、地震、偏心载荷等所引起的强度和刚度,同时还要考虑水压试验、吊装、运输、开停工等情况。
考虑到安装、检修的需要,塔体上还要设置人孔或手孔、平台、扶梯、吊柱、保温圈等,整个塔体由塔裙座支撑。
塔体的裙座为塔体安放到基础上的连接部分,其高度由工艺条件的附属设备(如再沸器、泵)及管道的布置决定。
裙座承受各种情况下的全塔重量,以及风力、地震等载荷,为此,它应具有足够的强度和刚度。
可转动的吊柱设置在塔顶,用于安装和检修时运送塔内的构件。
板式塔内部除装有塔板、降液管及各种物料进出口接管外,还有许多附属装置,如除沫器等。
除沫器用于捕集在气流中的液滴,使用高效的除沫器、对于提高分离效率,改善塔后设备的操作状况,回收昂贵的物料以及减少环境的污染等都是非常重要的。
常用有丝网除沫器和折板除沫器。
板式塔为逐板接触式的气液传质设备。
各类型塔板的结构及其特点:按照塔内气、液流动方式,可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。
错流塔板为塔内气、液两相成错流流动,即液体横向流过塔板,而气体垂直穿过液层,但对整个塔来说,两相基本上成逆流流动。
错流塔板降液管的设置方式及堰高可以控制板上液体流径与液层厚度,以其获得较高的效率。
但是降液管占去一部分塔板面积,影响塔的生产能力,而且,液体横过塔板时要克服各种阻力,因而使板上液层出现位差,此位差称为液面落差。
液面落差大时,能引起板上气体分布不均,降低分离效率。
错流塔板广泛用于蒸馏、吸收等传质操作中。
逆流塔板亦称穿流板,板上不设降液管,气、液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。
栅板、淋降筛板等都属于逆流塔板。
这种塔板结构虽简单,板面利用率也高,但需要较高的气速才能维持板上液层,操作范围较小,分离效率也低,工业上应用较少。