筛板式精馏塔机械设计说明书

一、塔设备课程设计任务书 ㈠设计课题筛板式精馏塔机械设计 ㈡工艺条件物料名称：甲醇-水 设计压力：0.1a MP 设计温度：C 100物料平均密度：3957m kg产品特性：易燃、有毒设计基本风压值：2300m N地震烈度：7度 ㈢工艺尺寸塔内径 精馏段板数提留段板数板间距 堰长 1400 33 17 500980堰高 筛孔直径孔间距 塔顶蒸汽出口管径50 624200D g管口符号 公称尺寸 用途 a Dg273 进料管口 b Dg38 出料管口 c Dg325 塔顶蒸汽出口 d Dg38 回流液口 e Dg20 液面计接口 fDg38釜液出口设计要求1、筛板精馏塔机械设计及整体结构设计。

2、绘制筛板式精馏塔装配图（一张一号图纸） 二、设计方法及步骤 1、材料选择设计压力MPa p 1.0 ，属于低压分离设备，一类容器，未提技术要求；产品特性为易燃、易挥发；设计温度为C 100,介质为甲醇和水，年腐蚀欲度很小，考虑到设备材料经济性，筒体，封头和补强圈材料选用R Q 245，裙座选用A Q 235。

2、塔设备主要结构尺寸的确定㈠塔高1）塔主体高度()mm H Z 2450050011733=⨯-+= 2）塔的顶部空间高度mm H a 1500= 3）塔的底部空间高度mm H b 2000= 4）裙座高度mm H S 3000= 5）封头高度mm H c 390= 6）塔高mm H H H H H H c S b a Z 3139039030002000150024500=++++=++++= 取m mm H 3232000==m mm H H H H H S b a Z 3131000300020001500245001==+++=+++= ㈡塔径1）筒体厚度计算[]mm ppD t i56.01.085.0147214001.02=-⨯⨯⨯=-=φσδ式中：[]t σ——材料的许用应力。

R Q 245在C 100厚度为3~16mm 时，[]MP a t 147=σ。

φ——塔体焊接接头系数。

采用双面对接焊，局部无损探伤，85.0=φ 名义厚度mm C n 86.23.256.0=+=+=δδ 厚度附加量mm C C C 3.223.021=+=+=1C ——厚度负偏差。

按709T JB 中的B 类要求R Q 245负偏差取mm C 3.01=。

2C ——腐蚀裕量。

取mm C 22=。

对于碳素钢、低合金钢制容器mm 3min ≥δ，故按刚度条件，筒体厚度仅需3mm ，但考虑此塔较高，风载荷较大，取塔体名义厚度=n δ10mm 。

有效厚度mm C e 7.73.210=-=-=δδ2）封头厚度计算采用标准椭圆封头，K=1。

因为封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中，低压容器中应用比较多的封头之一。

封头曲面高350mm ，直边高度40mm 。

[]mm ppD t i56.01.05.085.0147214001.02=⨯-⨯⨯⨯=-=φσδ名义厚度mm C n 86.23.256.0=+=+=δδ为了便于焊接，取封头和筒体等厚，故封头名义厚度=n δ10mm ，有效厚度=e δ7.7mm 。

3）筒体外径mm D D n i o 14210214002=⨯+=+=δ3、塔的载荷分析 ㈠质量载荷1）塔体和裙座质量查《石油化工设备设计便查手册》表2-1-1以内经为公称直径的封头尺寸可得封头质量为=封头m 177.92kg ，R Q 245密度331085.7m kg ⨯=ρ。

()()kgH D D m m i o 111361085.7314.142.1492.17714252212201=⨯⨯⨯-+⨯=++=-πρπ封头2）塔内件质量塔内筛板塔盘数=塔盘n 50，筛板塔盘质量265m kg m =塔盘kg 500365504.14m 4202=⨯⨯⨯==ππ塔盘塔盘n D m i3）保温材料质量 选择超细玻璃棉毡未保温材料，密度320m kg =棉毡ρ，厚度取100mm ，封头内表面积S=2.30052m()[]()[]kg123201.03005.22205.2442.11.042.141.021.04222203=⨯⨯⨯+⨯⨯-+=⨯+-+=πρρπS H D D m Z o o4）操作平台及扶梯质量环形平台，每7m 安装一层，共4层，宽度1.2m ，单位质量2150m kg ，包角C 180；笼式扶梯，单位质量240m kg 。

()[]kg m 4413360180415057.14.257.1432402204=⨯⨯⨯-++⨯=π5）操作时物料质量堰高50mm ，物料平均重度2957m kg 。

kg m 36835095705.04.14205=⨯⨯⨯⨯=π6）塔附件质量 kg m m a 2228111362.02.001=⨯== 7）水压试验时充水质量kg 3855710004208.025.244.142422=⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯+⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=πρπ水V H D m Z i w8）塔设备在正常操作时的质量kg m m m m m m m ao 265862228368344131235003111360504030201=+++++=+++++=9）他设备在水压试验时的最大质量kg m m m m m m m aw 61460222838557441312350031113604030201max =+++++=+++++=10）塔设备在停工检修时的最小质量kgm m m m m m a189012228441312350032.0111362.004030201min =+++⨯+=++++=㈡风载荷安装在室外的塔设备将受到风力的作，使塔产生应力、变形和振动。

1）风力计算塔设备中第i 计算段所受的水平风力可由下式计算ei i o i i i D l q f K K P 21= 式中i P ——塔设备中第i 段的水平风力，N ； ei D ——塔设备中第i 段迎风面的有效直径，m ；i f ——风压高度变化系数，查《过程设备设计》P304表7-5；o q ——各地区的基本风压，2m N q o =； i l ——塔设备各计算段的计算高度（见图），m ； 1K ——体型系数，7.01=K ；i K 2——塔设备中第i 计算段的风振系数。

① 风压风压计算时，对于高度在10m 以下的塔设备，按一段计算，以设备顶端的风压作为整个塔设备的均布风压；对于高度超过10m 的塔设备，可分段进行计算，每10m 分为一个计算段，余下的最后一段高度取其实际高度，如图所示，将塔高分成三段，其中任意计算段的风压为o i i q f q =式中i q ——第i 段的风压，2m N 。

② 风振系数i K 2对塔高m H 20≤的塔设备，取70.12=i K 。

而对于塔高m H 20>时，则i K 2按下式计算iZii i f K φξν+=12式中ξ——脉动增大系数，其值按《过程设备设计》P305表7-6确定；i ν——第i 段的脉动影响系数，其值按《过程设备设计》P305表7-7确定；Zi φ——第i 段的振型系数，其值按《过程设备设计》P305表7-8确定.③ 塔设备迎风面的有效直径ei D塔设备迎风面的有效直径ei D 是该段所有受风构件迎风面的宽度总和。

当笼式扶梯与塔顶管线布置成 180时pi si oi ei d K K D D δδ22043+++++= 式中oi D ——塔设备各计算段的外径，m ；si δ——塔设备各计算段保温层的厚度，m ；0d ——塔顶管线外径，m ；pi δ——管线保温层厚度，m ；3K ——笼式扶梯当量宽度，当无确定数据时，可取m K 40.03=；4K ——操作平台的当量宽度，m ；42h A K ∑=∑A ——第i 段内操作平台构件的投影面积（不计空挡的投影面积），m ； 0h ——操作平台所在计算段塔的高度，m 。

各段风力计算结果如下表示：各段风力计算结果塔段号 1 2 3 塔段长度，mm1~1011~20 21~321K0.7 ξ2.55i ν0.64 0.73 0.78 Zi φ0.159 0.516 1.0 i f 0.740.84 1.03 iZii i f K φξν+=121.3512.1432.969o q ，2m N 300 i l ，m 1010 12oi D ，m1.42 si δ，m0.1 0d ，m0.25 pi δ，m0.13K ，m 0.4 4K ，m0.09 0.04 0.03 ei D ，m2.56 2.51 2.41 i P ，N53759488168312）风弯矩计算裙座底部0-0截面的风弯矩m1099.52121010168312101094881010537522253213212110N l l l P l l P l P M W ⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛++⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯+⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⎪⎭⎫ ⎝⎛++=-筒体底部Ⅰ-Ⅰ截面的风弯矩m 1012.5212103101683121031094881031053752323237.0532*******N l l l P l l P l P M W ⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⨯+-⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛++-+⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+-=-ⅠⅠ㈢筒体的强度及稳定性校核1）筒体底部Ⅰ-Ⅰ截面轴向应力计算a 545.47.7414001.041MP pD e i =⨯⨯==δσ a 693.77.714008.92658602MP D g m e i =⨯⨯==πδπσ a 217.437.71400785.01012.5785.02823MP D M e i W=⨯⨯⨯==-δσⅠⅠ 2）筒体底部Ⅰ-Ⅰ截面稳定性校核该截面最大轴向压缩应力发生于空塔时：[]⎩⎨⎧≤+=KBK tσσσσ32max其中组合系数2.1=K ，[]MPa t147=σ，a 102033MP E ⨯=，MPa R E B i e 1407007.7945.010********.0323=⨯⨯⨯⨯=⨯=δ由于[]⎩⎨⎧=⨯==⨯=≤=+=+=MPaKB MPaK MPa t 2801402.14.1761472.191.50217.43693.732maxσσσσ因此筒体底部Ⅰ-Ⅰ截面满足抗压强度及轴向稳定性要求。

筒体底部Ⅰ-Ⅰ截面抗拉强度校核[]φσσσσσt K ≤+-=321max筒体底部Ⅰ-Ⅰ截面上的最大拉应力为MPampa 15085.01472.1069.40217.43693.7545.4321max =⨯⨯≤=+-=+-=σσσσ故该截面满足抗拉强度要求。