化工原理课程设计塔结构设计及零部件选取.docx

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化工原理课程设计塔结构设计及零部件选取

§5•塔结构设计及零部件选取

§5.1塔径计算

5.1.1气相密度

pv=P顶xM/（RxT顶）

=0・016xl26・587xl06xl0心/8・3143x（99.5252+273.15）=0.6536615kg/m3

P顶=120mmHg=0.016MPa

T顶K

M平均分子量

5.1.2CY型填料的泛点当量气速WLF=2.2m/s在操作条件下75%液泛时气速：

Wg=0.75xWlfx（1.2/pv）05=0.75x2.2x（1.2/0.6537）0J=2.2356m/s

5.1.3.最佳动能因子

F=Wgx（pv严

=2.2356x0.6537°5=1.8075

5丄4•塔径计算

\v4mt/p

Dt=0・053*〒（《化学工程手册》第13篇）

=0<053

6.36367126.587x（99.5252+273.15）/120

1.8075

=0<4428m

V•…塔顶蒸汽摩尔流率，kmol/h;M…塔顶混合蒸汽分子量；

T-塔顶温度，K;P塔顶压力，mmHg。

计算得DT=0.4428m,选用8mm钢板卷制成内径为500mm的塔节,圆整后进行处理能力校核。

（查化工工艺设计手册）

5.1.5塔处理能力校核

V~（Dt，/Dt）2XV=（0.5/0.4428）2x6・3636

=&1139kmol/h

§5-2填料层及塔节分段、塔的总高度

1精馆段高度：

精馆段理论板数Ni=29块29/5=5.8m

分3个塔节，3个塔节都为2500mm,其中2000mm为填料

②提

段高度:

层，500mm为液体再分布器等。

此时，精馅段为7500mmo

提馆段有Ni=21块21/5=4.2m

分3个塔节，其中每个塔节为2000mm,其中1500mm为填料

层,500mm为液体再分布器等。

此时，提馅段为6000mmo

3塔的顶部空间（指塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离）：

塔顶封头为100mm,为了减少塔顶岀气口气体的夹带的液体量，顶部空间取1500mm。

顶部装有液体分布器和除沫器。

4进料空间

为了调节进料管的进料位置，用3个进料口，在每个进料口下面加一个500mm的填料，在每个填料上方都加喷淋装置使液体分布均匀，进料口高度为200mmo此时，进料空间为2100mm。

5塔的底部空间高度

由于釜液需停留时间h>（15%xh填料）=0.15x12=1.8m取

h=2500mm

6支柱高度

塔底由裙座支撑・・・H/Dn=19・6/0.5=39・2>25二选用圆形座

2000mm

7塔高

H=7500+6000+1500+2100+2500+2000=21600=21.6m

§5.3筒体厚度和封头厚度

1筒体：

DT=500mm<800mm,采用单面自动焊或手工焊并作局部透视，取0=0.85o选取8mm,Q235-B钢板作外压校核计算,负偏差Ci=0.8mm,腐蚀余量C2=lmm。

C=Ci+C2=1.8mm

8e=3n-C=8-l・8=6・2mm

L=21600-2000-200+（2/3）xl00=19466.67inm

Do=Di+28n=500+2x8=516mm

L/Do=19466.67/516=37.73

Do/8e=516/7.2=71.67

查图（《化工设备机械基础》）A=0.000122

Vt=99.5252°C<150°C/.E=2.00xl05Pa

[P]=2EA6e/（3D0）

=2x2.00x105x0.000122x7.2/（3x516）

=0.2270MPa>0.1MPa

・•・选用材料为Q235-B,厚度为8mm的钢板卷制筒体。

2封头

为了和筒体配合，选用Q235-B,8mm钢板试算。

8e=6>2mm

对于标准椭圆形封头，取R=0.9Di=0.9x500=450mm

A=0.1258e/R=0.125x6.2/450=0.00172

查图得B=135MPa

[P]=B8e/R=135x6.2/450=1.86MPa»0.1MPa

・••用8mm钢板冲压封头，封头深度为lOOmmo

§5-4塔体结构设计

1.塔体结构

1筒体制造：

选用Q235-B,厚度为8mm的钢板卷制，分节制造，

法兰连接。

2法兰选用：

P<1.6MPa,T<300*C,选用甲型平焊法兰JB4701・92。

由于物料是低压，无毒，选用平面密封面。

2.填料层及塔节分段

螺柱：

M1620个

垫片：

耐油石棉橡胶板

外径D=439mm,内径d=403mm,厚度8=3mm。

3封头选用:

选用椭圆形封头Dg500x9,JB1154-73

2进料管：

以第30块板为进料板

已知进料温度：

tF=106.9519*C

查前表得：

pocTioo-c=1.007g/cm3pocTno-c=O.9977g/cm3

POCT=[（0.9977-1.007）/（110-100）]x（106.9519-100）+1.007

=1.0005g/cm3

pPCTioo-c=0.9963g/cm3pPCTiio-c=0.9870g/cm3

pPCT=[（0.9870-0.9963）/10）x（106.9519-100）+0.9963

=0.9898g/cm3

pm=pOCTXH-pPCT（1-Xf）

=1.0005x0.4+0.9898x0.6

=0.99408g/cm3=994.08kg/m3

F=（FM）/pm

=（0.9875x126.587）/（994.08x3600）

=3.493x10-5n?

取u=1m/sDf=J4F/（加）

=j4x3.493xl（T'/（3.14xl）

=6.671xl03m

=6.671mm

a选用普通无缝钢管12]（YB231-70）

Dn=10mmD外=14mm8=3mmL=600mmm=0・3527Kg

法兰外径D=75mm

螺栓孔中心圆直径K=50mm

螺栓孔直径L=llmm

螺栓孔数n=4

六角头螺栓、螺柱、

螺纹Th=M10螺栓长度1=45mm

螺柱长度1=45mm

密封面突面d=35mm

突出高度fi=2mm法兰内径B=15

法兰及法兰盖高度为12mmc选用石棉胶板垫片⑷（HGJ69-91）

外径35mm内径14mm厚度1・5mm

3回流液体管Ti=99・5252°C

Poct,i（m）-c=1-007g/cm3pocT,90r=l-017g/cm3

pocT=[（1.007.L017）/10]x（99.5252-90）+le017

=1.0075g/cm3

Ppct,100*0=0.9963g/cm3Ppct.9o-c=1*006g/cm3

Ppct=[（0.9963-1.006）/10]x（99.5252-90）+1.006

=0.99676g/cm3

pm=p0CTXD+pPCT（1-XD）

=1.0075x0.8+0.99676x0.2=1.00535g/cm3

L=ML7p,„xl03x3600

=（126.587x6.0345）/（1.00535xl03x3600）

=2.1106x104m3/s

=74x2.1106x10^/3.14/1=1.6397x102m=16.397mma选用普通无缝钢管12】（YB231-70）

Dn=20mmD外=25mm6=3mmL=500mmm=0.815Kg

b选用板式平焊法兰HG20592

法兰外径D=90mm螺栓孔中心圆直径K=65mm螺栓孔直径

L=llmm螺栓孔数量n=4

螺纹Th=M10

法兰厚度C14mm法兰内径B=26mm法兰理论重量0.60kgc选用橡胶石棉垫片HG20592

D外=90mmD内=27mm8=1.5mm

④塔底出料管Tb=111.1698*C

Poctiio-c=0.9977g/cm3pocTi20r=0.9881g/cm3

Poct=[（0.9881-0.9977）/10]x（111.1698-110）+0.9977

=0.9966g/cm3

ppcnior=0.9870g/cm3Ppcti2o*c=0.9777g/cm3

Ppct=[（0.9777-0.9870）/10]x（111.1698-110）+0.9870

=0.9859g/cm3

Pm=pOCTXw+pPCT（l-Xw）

=0.9966x0.2+0.9859x0.8

=0.9880g/cm3

W=Mvv/3600xpmxl03

=（126.587x0.658333）/（3600x0.9880x103）

=2.343xl0-5m3/s

D=j4W/和=J4x2.343x10—5/3.14/1

=5.463xl0'3m=5.463mm

a选用普通无缝钢管[21（YB231-70）

Dn=10mmD外=14mm8=3mmL=400m=0.2351Kg

b选用板式平焊法兰⑶HGJ45-91

D=75mmK=50mmL=llmmn=4

六角头螺栓、螺柱、螺纹Th=M10螺栓1=45mm螺柱1=45mm

密封面d=35mmfi=2mmB=15mm法兰及法兰盖厚度为

12mm

C选用橡胶石棉垫片⑷（HGJ69・91）

D外=35mmD内=14mm8=1.5mm

⑤塔釜蒸汽进口管

P沪170.00148mmHg=2.2659xl04Pa

N'=V73600=6.3866x10*3600=1.7741

V=ifRT/P

=[1.7741x8.3143x（111.1698+273.15）]/2.2659xl04

=0・2502m*s

u=20m/s

D=J4V7加

=J4x0.2502/3.14/20）=0.1262m=126.2mm

a•选用普通无缝钢管⑵（YB231・70）

Dn=150mmD外=159mm8=4.5mmL=200mm

m=3.43Kgb•选用板式平焊法兰HG20592

法兰外径D=265mm螺栓孔中心圆直径K=225mm螺栓孔直径L=18inm螺栓孔数量n=8

螺纹Th=M16

法兰厚度C20mm法兰内径B=161mm法兰理论重量5.14kgc•选用橡胶石棉垫片HG20592

2.其它

①液体分布装置（回流，进料）

•回流液体分布器

本设计选用莲蓬头喷洒器，莲蓬头一般用于直径在600mm以下的小型填料塔，其安装位置与填料层上表面的距离，通常为（0.5-1）Dno本设计莲蓬头安装在与填料层上表面的距离为

300mm处。

莲蓬头直径d=0.25DN=125mm

喷洒半角«=40-C

小孔直径O=6mm

弯曲直径R=2.5Dh=2.5xl7.717=44.29inm（Dn为回流管外径）

•进料液体分布器⑶

本设计釆用直管多孔式喷洒器。

孔径①=5mm,共3排。

小孔面积之和约与管截面积相等,

小孔数11"2/血2=102/52=：

4个

②液体再分布装置⑶

当液体沿填料层由上向下流动时，常拌有液体在填料层

内由中心向四周的横向流动发生，结果使得靠近塔壁的区域液体流量增大，而在塔的中心区域液体流量减少，为使流向塔壁的液体能重新流回塔中心部位，一般在流体流过一定高度的填料层装置一个液体再分布器。

本设计选用分配锥，分配锥结构简单，它是小型填料塔（如直径小于lm）上常用的一种液体再分布器。

其典型结构如下图：

Di=0.7xDn=0.7x500=350mm

H=0.2Dn=0.2x500=100mm

③栅板及支承

锥厚8=4mm

Dn=500W500mm釆用整块式栅板

塔

填料环

栅板

支承装置

允许装填填

径

宜径

料高度

hxs

支承圈宽x厚

筋板数目

500

240

30x6

40x6

10DN

4丝网除沫器⑷

丝网除沫器用于分离塔体中气体夹带的液滴，用以保证传

质效率，还可减少板间距。

t=99・5252°C

Xd=80%

pL=1.00535g/cm3p\=0.6536615kg/m3k=0>116

V=Kxy]（pL-pv）/pv

=0.116x7（1-00535x103-0.6537）/06537

=4.5476in/s

Q=MV/（p、x3600）

=126.587x4.6576/（0.6537x3600）

=0.2505m3/s

D=J4Q/W

=x/4xO.25O5/（3J4x4.5476）

=0.2649m

釆用不锈钢丝网lCrl8Ni9TiHG5-1406-81-50H=150mm

规格为140-400型金属丝0.1x0.4mm

§6•辅助设备选用

6.1.进料预热器

6.2.

冷却水用;

W水二8495.69kg/h

全凝器

考虑到10%的热损失，取冷却水用量

W水=W（1+1O%）=8495.69x1.1=9345.259kg/h

K=200kcal/（m2-h-°C）=836.82kj/（（m2-h-°C）

tm=[（99.5252-30）-（99.5252-40）]/ln[（99.5252-30）/（99.5252-40）]

=64.3958°C

Ac=Qc/KAt,„=35.461X104/（836.82x64.3958）=6.581m2

选用重力回流卧室冷凝器,其运转费用相对较少，结构紧凑,

配管容易，适用小量生产。

6・3・再沸器⑷

蒸汽用量W^=122.62kg4i

考虑到10%的热损失，取蒸汽用量：

W汽，二122.62x1.1=134.882kg/h

K=1400kcal/（m2-h-0C）=5857.74kJ/（m2-h-0C）

0・3MPa下，饱和蒸汽温度t=133・3°C

At=t-tw=133.3・111.1698=22.1302°C

Ab=QiAAt=26.5841X104/（5857.74x22.1302）=2.0507m2

选用卧室热虹吸式，传热系数中等，加热停留时间短，维护

和清理方便，适应于真空操作。

§讨论

§&主要设计结果汇总

主要设计结果：

A.理论板数：

51块

精馅段：

29块

提馅段：

21块

B.填料高度

精馅段：

提憾段：

4.5m

C・塔径：

<>=500mm,8=9mm

D.塔顶温度：

99.5252°C

E.塔底温度：

111・1698°C

F.进料温度：

106.9519C

G・塔高：

21.6m

§9•参考文献

1・《化工工艺设计手册》（上、下两册），第四版•国家医药管理局上海医药设计院编.化学工业出版社.

2.《石油化工基础数据手册》•卢焕章编•化学工业出版社.

3・《化工设备结构手册》・《化工设备结构图册》编写组.上海科技出版社.

4.《化工设备设计基础》•周志安等编•化学工业出版社.

5・《化工设备设计手册》第二卷《金属设备》•上海人民出版社.

6.《化学工程手册》第13篇《汽液传质设备》•化学工业出版社.

7.《材料与零部件》（上、下册）•上海人民出版社.

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