循環(huán)苯精餾塔畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì) 循環(huán)苯精餾塔設(shè)計(jì) 學(xué)校：天津職業(yè)大學(xué) 學(xué)院：生物與環(huán)境工程學(xué)院 專業(yè)：化工設(shè)備檢修技術(shù) 學(xué)號(hào)：150231131 班級(jí)：15化設(shè)1班 指導(dǎo)教師：吳靜 姓名：王建文 簡介：本設(shè)計(jì)是苯、乙苯分離工藝流程中從烴化液分離出苯的一個(gè)精餾裝置,設(shè)計(jì)的是板式塔中的浮閥塔，精餾過程采用板式塔實(shí)現(xiàn)，塔盤形式采用浮閥塔。設(shè)計(jì)過程中首先依據(jù)分離工藝過程要求對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行了工藝計(jì)算，確定了塔徑、塔高、塔盤數(shù)量和溢流堰等工藝結(jié)構(gòu)尺寸,并對(duì)塔附屬設(shè)備進(jìn)行了選型；接著對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定了塔盤、降液管、溢流堰和封頭等結(jié)構(gòu)；隨后依據(jù)GB150-

2、2011《壓力容器》和NB/T47041-2014《塔式容器》等關(guān)于壓力容器設(shè)計(jì)方面的國家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性校核，進(jìn)一步確定了封頭、塔體和裙座的壁厚，并對(duì)一些危險(xiǎn)截面進(jìn)行風(fēng)載荷和地震載荷的校核計(jì)算，最后對(duì)幾種焊接接頭進(jìn)行說明并對(duì)塔設(shè)備的焊接、制造和檢驗(yàn)提出了具體要求。 精餾塔國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀 氣－液傳質(zhì)設(shè)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(jí)接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)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(dòng)舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最

3、早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀(jì)五十年代以后，隨著石油、化學(xué)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(dòng)噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類型為篩板塔、浮閥塔及泡罩塔，而前者使用尤為廣泛。在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護(hù)等工業(yè)部門，塔設(shè)備是一種重要的單元操作設(shè)備。它的應(yīng)用面廣、量大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，塔設(shè)備無論其投資費(fèi)還是所有消耗的鋼材重量，在整個(gè)過程裝備中所占的比例都相當(dāng)高。 精餾塔國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀 氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既

4、可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔為逐級(jí)接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)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(dòng)舌形塔和浮動(dòng)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(jì)五十年代以后，隨著石油、化學(xué)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(dòng)噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類型為篩板塔、浮閥塔及泡罩塔，而前者使用尤為廣泛。在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護(hù)等工業(yè)部門，塔設(shè)備是一種重要的單元操作設(shè)

5、備。它的應(yīng)用面廣、量大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，塔設(shè)備無論其投資費(fèi)還是所有消耗的鋼材重量，在整個(gè)過程裝備中所占的比例都相當(dāng)高。 精餾原理 精餾是分離液體混合物最常用一種單元操作，在化工、煉油等工業(yè)中應(yīng)用很廣。它通過汽、液兩相的直接接觸，利用組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向汽相傳遞，難揮發(fā)的由汽相向液相傳遞，是汽、液兩相之間的傳質(zhì)過程。精餾過程中，料液自塔的中部某適當(dāng)?shù)奈恢眠B續(xù)地加入塔內(nèi)，塔頂設(shè)有冷凝器將塔頂蒸汽冷凝為液體。冷凝液的一部分回入塔頂，稱為回流液，其余作為塔頂產(chǎn)品（餾出液）連續(xù)排出。在塔內(nèi)上半部（加料位置以上）上升蒸汽和回流液體之間進(jìn)行著逆流接觸和物質(zhì)傳遞。塔底部裝有再沸器（蒸

6、餾釜）以加熱液體產(chǎn)生蒸汽，蒸汽沿塔上升，與下降的液體逆流接觸并進(jìn)行物質(zhì)傳遞，塔底連續(xù)排出部分液體作為塔底產(chǎn)品。塔的上半部分（加料位置以上）稱為精餾段，塔的下半部分包括再沸器（蒸餾釜）稱為提餾段。精餾用于比較難分離的體系，用普通的精餾不能分離的體系則可用特殊的精餾。特殊精餾是在物系中加入第三組分，改變被分離組分的活度系數(shù)，增大組分間的相對(duì)揮發(fā)度，達(dá)到有效分離的目的。 苯和乙苯的性質(zhì) 苯（benzene，C?H?)有機(jī)化合物，是組成結(jié)構(gòu)最簡單的芳香烴，在常溫下為一種無色、有甜味、油狀的透明液體，其密度小于水，具有強(qiáng)烈的特殊氣味?？扇?，有毒，為IARC第一類致癌物。苯不溶于水，易溶于有機(jī)

7、溶劑，本身也可作為有機(jī)劑。熔點(diǎn)為5.5℃，沸點(diǎn)為80.1℃。如用水冷卻，可凝成無色晶體。苯的性質(zhì)是易取代，難氧化，難加成。苯是一種石油化工基本原料。苯的產(chǎn)量和生產(chǎn)的技術(shù)水平是一個(gè)國家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志之一。苯具有的環(huán)系叫苯環(huán)，是最簡單的芳環(huán)。 乙苯（ethylbenzene，C6H5C2H5）是一個(gè)芳香族的有機(jī)化合物，主要用途是在石油化學(xué)工業(yè)作為生產(chǎn)苯乙烯的中間體，所制成的苯乙烯一般被用來制備常用的塑料制品——聚苯乙烯。乙苯經(jīng)過催化脫氫，生成氫氣和聚苯乙烯。乙苯也存在與某些顏料中。外觀與性狀：無色液體，有芳香氣味。熔點(diǎn)(℃)：-94.9。沸點(diǎn)(℃)：136.2。相對(duì)密度(水=1)：0.8

8、7。相對(duì)蒸汽密度(空氣=1)：3.66。飽和蒸汽壓(kPa):1.33(25.9℃)。臨界溫度(℃)：343.1。臨界壓力(MPa)：3.70。閃點(diǎn)(℃)：15。引燃溫度(℃)：432。溶解性：不溶于水，可混溶于乙醇、醚等多數(shù)有機(jī)溶劑。摩爾折射率：8.96,摩爾體積（m3/mol）：45.7。等張比容（90.2K）：91.5,表面張力（dyne/cm）：16.0。介電常數(shù)：3.24,偶極距（10-24cm3）：,極化率：3.55。 塔設(shè)備的選型 填料塔與板式塔的比較 填料塔 板式塔 壓降 小尺寸填料，壓降較大，而大尺寸填料 及規(guī)整填料，則壓降較小 較大 空塔氣速

9、 小尺寸填料氣速較小，而大尺寸填料 及規(guī)整填料則氣速可較大 較大 塔效率 傳統(tǒng)的填料，效率較低，而新型亂堆 及規(guī)整填料則塔效率較高 較穩(wěn)定 效率較高 液-氣比 對(duì)液體量有一定要求 較大 持液量 較小 較大 安裝 檢修 較難 較易 材質(zhì) 金屬及非金屬材料均可 一般用金屬材料 造價(jià) 新型填料，投資較大 大直徑時(shí)造價(jià)較低 綜合考慮上表各項(xiàng)，板式塔由于比填料塔性能穩(wěn)定、效率高、安裝檢修方便及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用板式塔 塔板的類型與選擇 塔板是板式塔的主要構(gòu)件，分為錯(cuò)流式塔板和逆流式塔板兩類，工業(yè)應(yīng)用以錯(cuò)流式塔板為主，常用的錯(cuò)流式塔板

10、主要有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔等。其中泡罩塔是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，其主要元件為升氣管及泡罩。它的優(yōu)點(diǎn)是操作彈性較大，液氣比范圍大，不易堵塞，適于處理各種物料，操作穩(wěn)定可靠。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高；板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)效率及板效率較低。 篩孔塔板簡稱篩板，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為塔板上開有許多均勻的小孔。篩板的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低；板上液面落差小，氣體壓強(qiáng)低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。其缺點(diǎn)是篩孔易堵塞不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。 浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有若干閥孔，每個(gè)閥孔裝有一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥片。它的優(yōu)點(diǎn)是

11、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、造價(jià)低；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大，操作彈性大及塔板效率高等優(yōu)點(diǎn)，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔板的研究開發(fā)較其他幾種塔型的塔板廣泛，是目前新型塔板研究開發(fā)的主要方向 裙座 采用圓錐形裙座，塔底常用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)塔直徑小，塔高度過高，采用圓錐形裙座可提高設(shè)備的穩(wěn)定性，降低基礎(chǔ)環(huán)支撐面上的應(yīng)力，增加承壓面積。裙座與塔體的連接采用焊接，焊接接頭形式采用對(duì)接接頭的形式，焊縫采用全焊透連續(xù)焊。 除沫器的設(shè)計(jì) 采用絲網(wǎng)除沫器，絲網(wǎng)除沫器是一氣液分離裝置，氣體通過除沫器的絲墊，可除去夾帶的霧沫，結(jié)構(gòu)簡

12、單體積小，除沫效率高，阻力小，重量輕，安裝、操作、維修方便，絲網(wǎng)除沫器對(duì)粒徑≥3~5um的霧沫，捕集效率達(dá)98%-99.8%，而氣體通過除沫器的壓力降卻很小，只有250-500Pa，有利于提高設(shè)備的生產(chǎn)效率。設(shè)計(jì)時(shí)人孔在絲網(wǎng)除沫器下方，所以采用下式絲網(wǎng)除沫器 1塔體上每隔8米左右開設(shè)一個(gè)人孔，其4個(gè)人孔 2相應(yīng)在人孔處安裝操作平臺(tái)，平臺(tái)寬B=900mm，單位質(zhì)量150kg/m2,包角180 3塔體外表面保溫層厚度 4塔器設(shè)置地區(qū)的基本風(fēng)壓值 5地震設(shè)防烈度為7度 6場地土為Ⅱ類場地土 7支座為Φ1400，Φ200，高度的圓錐形裙座 8塔體焊接接頭系數(shù)，塔體與裙座對(duì)接焊 9

13、塔體與封頭的壁厚附加量C=2mm 裙座的壁厚附加量C=2mm 10筒體與封頭材料用20R 裙座材料用Q235-A 主要工藝參數(shù) 數(shù)據(jù) 塔體內(nèi)徑Di/mm 1500 塔高H/mm 36000 計(jì)算壓力pc/MPa 0.05 操作溫度t/ 150 塔板數(shù)Np 48 塔盤上清液層高度hL/mm 83 液相介質(zhì)密度L(kg/m3) 752.5 塔釜深度h0/mm 1500 扶梯高度HF/mm 35000 筒體計(jì)算厚度： （0.05*1500）/（2*123*0.85-0.05）=0.36mm = - 封頭計(jì)算厚度： （0.05*

14、1500*1）/（2*123*0.85-0.5*0.05）=0.36mm 加上厚度附加量 C=2mm, 并圓整，還應(yīng)考慮多種載荷，以及制造、運(yùn)輸、安裝等因素，?。? 所以筒體的名義厚度Sn=7 封頭的名義厚度Shn=7 圓筒質(zhì)量 塔體圓筒總高度 Ho=36-5-0.65=31.35m =11668.4669Kg 裙座質(zhì)量 保溫材料質(zhì)量 -- = 精餾所進(jìn)行的是氣、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣、液兩相傳質(zhì)用的塔設(shè)備首先必須 要能使氣、液兩相得到充分接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。塔設(shè)備設(shè)計(jì)要具備下列各種基 本要求： 1、氣、液處理量大，即當(dāng)生產(chǎn)能力大時(shí)，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。 2、操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定操作，并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。 3、流體流動(dòng)的阻力少，可降低操作費(fèi)用。 4、結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。 5、耐腐蝕和不易堵塞，方便操作，調(diào)節(jié)和檢修。 6、塔內(nèi)的滯留量要小 = - = f s