乙醇水精馏浮阀塔设计计算说明书本科毕业设计.doc

1、 山东大学课 程 设 计（论 文）设计(论文)题目：乙醇水浮阀式精馏塔设计姓 名 学 院 机械工程学院 专 业 过程装备与控制工程年 级 2012 级 指导教师 2015 年 12 月 31 日乙醇-水精馏浮阀塔设计计算说明书目 录目录摘 要IVAbstractV第一章 绪论- 1 -1.1设计背景- 1 -1.2设计任务- 1 -1.1.1设计任务概述- 1 -1.1.2设计任务书- 2 -1.3设计方案- 2 -第二章 塔总体结构设计- 3 -2.1总体结构- 3 -2.2主体尺寸- 3 -2.2.1塔高- 3 -（注：H指从基础环到上封头切线高度）- 5 -2.2.2设计参数及材料指标-

2、 5 -2.2.3壁厚- 5 -2.3总结- 6 -第三章 塔盘设计与校核- 7 -3.1塔盘型式设计- 7 -3.2塔盘的结构设计- 7 -3.2.1塔盘结构- 7 -3.2.2浮阀- 7 -3.2.3 受液盘- 7 -3.2.4 排液孔- 8 -3.2.5 降液板- 8 -3.2.6 入口堰- 8 -3.2.7 出口堰- 8 -3.2.8 液封盘- 9 -3.3 塔盘的校核- 9 -3.3.1塔盘载荷计算- 9 -3.3.2塔盘边板强度校核- 10 -3.3.3通道板的强度校核- 13 -3.4总结- 15 -第四章 塔设备的强度设计与稳定校核- 16 -4.1塔体载荷分析- 16 -4.

3、1.1质量载荷- 16 -4.1.2风载荷和风弯矩- 19 -4.1.3地震载荷- 22 -4.1.4偏心弯矩- 25 -4.1.5计算截面处载荷- 25 -将上述各截面的计算结果汇总于下表- 25 -4.1.6最大弯矩- 26 -4.2筒体的强度及稳定校核- 27 -4.2.1操作工况- 27 -4.2.2液压实验- 29 -4.3裙座壳体轴向应力校核- 30 -4.3.1 裙座底部截面的校核- 30 -4.3.2检查孔中心截面的校核- 31 -4.4 本章小结- 33 -第五章 塔附件设计- 35 -5.1 保温层与保温圈- 35 -5.1.1 保温层- 35 -5.1.2 保温圈- 35

4、 -5.2 裙座- 35 -5.2.1 裙座形式及材料- 35 -5.2.2 裙座与封头连接结构- 36 -5.2.3 地脚螺栓座- 36 -5.2.4 排气管- 36 -5.2.5 塔底接管引出孔- 37 -5.3 塔顶吊柱- 37 -5.4 除沫器- 37 -5.5操作平台与梯子- 38 -5.5.1操作平台- 38 -5.5.2梯子- 39 -5.6 本章小结- 42 -第6章 裙座强度校核- 43 -6.1 基础环强度校核- 43 -6.1.1 基础环尺寸- 43 -6.1.2基础环强度校核- 43 -6.2地脚螺栓座强度校核- 44 -6.2.1 筋板强度校核- 45 -6.2.2盖

5、板强度校核- 46 -6.3 裙座与筒体对接焊缝强度校核- 46 -6.4 本章小结- 47 -第7章 开孔及开孔补强设计- 48 -7.1开孔补强设计- 48 -7.1.1气体出口补强设计- 48 -7.1.2气体入口补强设计- 50 -7.1.3液体出口补强设计- 52 -7.1.4人孔补强设计- 54 -7.2接管及法兰选型- 56 -7.3 本章小结- 58 -参考文献- 59 -谢辞- 60 -摘 要 在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备，它广泛应用于蒸馏、吸收、气提、萃取、气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中。而在这之中，浮阀塔因其优良的性能成

6、为当今应用最广泛的塔型之一。本次设计以化工设备设计手册、NB47041-2014塔式容器、GB150-2011压力容器、塔设备等为主要依据，综合考虑设计条件对塔总体结构、塔盘结构、附件结构、载荷分析、强度校核等几个方面进行了设计计算；并绘制装配图和零件图。关键词：浮阀塔；设计；校核AbstractThe tower equipment is an important unit operation equipment in the chemical industry,oil refining,pharmaceutical,foodandenvironmental protectionand ot

7、her industrial sectors.It is widely used in distillation,absorption,extraction,gas lift,gas washing,humidification cooling and other unit operations.And in this,the float valve became one of todays most widely used tower type due to its excellent performance.The design mainly based on the “Chemical

8、Equipment Design Manual”, NB47041-2014“Tower Container”,GB150-2011“Pressure Vessel” and “Tower Equipment,considering the design conditions to design and calculate several aspects,including the overall structure of the tower,the structure of tray,he structure of accessory,load analysis,strength check

9、 and so on;and draw assembly and parts drawings.Keyword:Floating valve tower;design;checkV第一章 绪论 本章主要对本次课程设计的内容进行简单叙述，介绍设计的背景，给出并分析设计任务，确定设计方案。1.1设计背景 在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备，它广泛应用于蒸馏、吸收、气提、萃取、气体的洗涤、增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置的生产，产品产量、质量、成本以及环境保护、“三废”处理等都有较大的影响。随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型及设计

10、将越来越受到关注和重视。浮阀塔是塔设备中应用较多的一种类型，它是在20世纪50年代前后开发和应用的，并在石油、化工等工业部门代替了传统使用的泡罩塔，成为当今应用最广泛的塔型之一，并因具有优异的综合性能，在设计和选用塔型时常是被首选的板式塔。浮阀塔的优点：生产能力大，比泡罩塔提高20-40%；操作弹性大，塔板效率变化小；效率高，气液接触好，雾沫夹带小；重量轻,造价低，仅为泡罩塔的60-80%。1.2设计任务 本节对本次设计的设计任务进行了简要介绍，并以表格的形式给出了设计任务书。1.1.1设计任务概述精馏塔设备设计包括工艺设计和机械设计两部分，本次设计是在化工原理课程设计即工艺设计基础上进的机械

11、设计。依据工艺设计参数及使用条件等，从制造、安装、使用、检修等出发，进行结构的设计，并对其强度、刚度、稳定性等进行校核，以保证设备的安全运行。1.1.2设计任务书表1-1 设计任务书1.3设计方案本设计主要依据化工设备设计手册、NB47041-2014塔式容器、GB150-2011压力容器、塔设备等进行以下方面的设计：塔的总体结构设计、塔盘结构设计与校核、塔体载荷分析、塔体校核计算、塔设备零部件设计、地脚螺栓座校核计算、塔体开孔与补强设计等。下面将针对以上内容逐章节展开。第二章 塔总体结构设计 本章主要对塔的总体结构进行初步的设计，确定塔大致结构，并参考塔设备、过程设备设计等文献确定塔的主体尺

12、寸如塔高、壁厚等。2.1总体结构该设计主体塔的总体结构如总装图所示，包括封头、筒体、裙座、塔盘、塔附件、塔内件、开孔与接管等。2.2主体尺寸 本节主要根据塔设备、过程设备设计等文献确定塔的高度、壁厚等主体尺寸。2.2.1塔高 本条主要是根据塔设备等书确定塔、筒体等部分的高度。2.2.1.1封头高度封头为椭圆标准封头。塔内径，取直边段高度为。由文献1,1314可知，封头深度为，其结构形式如图2-1所示。图2-1 椭圆标准封头2.2.1.2塔顶空间塔顶空间是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离。为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量，顶部空间一般取1.21.5m。此次设计中，塔顶空间取值为。2.2.1

13、.3人孔布置在塔顶空间、精馏段、进料板处、塔底空间各布置一个人孔，即人孔数目。2.2.1.4塔板间距根据设计条件可得，普通塔板间距为，人孔处塔板间距为。对于进料板处，此处开人孔，故塔板间距也为700mm。2.2.1.5塔底空间塔底空间是指塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线处的距离。由设计条件可得，塔底液柱高度为2000mm；塔底液面至最下层塔板之间留12m的间距，本次设计取为1375mm，则塔底空间高度为2.2.1.6裙座高度由设计条件可得，裙座高为2.2.1.7塔体总高（注：H指从基础环到上封头切线高度）2.2.1.8塔主体高 2.2.2设计参数及材料指标设计压力，设计温度取，塔底液柱静压力为

14、0.02Mpa。由于0.02Mpa 5%0.9Mpa，故液柱静压力可忽略不计。 根据设计条件，筒体和封头材料均为16MnR（Q345R），由文献3,43，假设壁厚为316mm，设计温度t=120下，材料的许用应力，。2.2.3壁厚 本条主要根据过程设备设计等书确定筒体、封头的壁厚。2.2.3.1筒体壁厚 由文献3,1314可知，焊接接头系数可取。由文献4,1可知，B类偏差固定负偏差为；由文献5,115可知，腐蚀裕量可取。筒体计算厚度为 （2-1）筒体设计厚度为设计厚度加上厚度负偏差，并进行圆整，取筒体名义厚度为筒体有效厚度2.2.3.2封头壁厚 焊接系数，厚度负偏差，腐蚀裕量。封头计算厚度为 (2-2)封头设计厚度设计厚度加上厚度负偏差，并进行圆整，取封头名义厚度为封头有效厚度