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
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?
/s
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
mm
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
1
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
DN
25
R
hxs
t
支承圈宽x厚
筋板数目
500
240
30x6
25
40x6
0
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:
6m
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.