甲醇精餾塔的設計

1、化工設備設計基礎課程設計 題目：甲醇精餾塔的設計年級：2011級專業(yè)：化學工程與工藝學號：2姓名：高鑫政指導老師：徐瓊湖南師范大學樹達學院 2014 年 6 月 4 日化工設備機械基礎課程設計成績評定欄設計任務：甲醇精餾塔的設計完成人：高鑫政 學號：2評定基元評審要素評審內涵滿 分評分設計說明書，40%格式規(guī)范設計說明書是否符合規(guī)定的格式要求10內容完整設計說明書是否包含所有規(guī)定的內容10設計方案選材是否合理標準件選型是否符合要求10工藝計算過 程工藝計算過程是否正確、完整和規(guī)范10設計圖紙，30%圖紙規(guī)范圖紙是否符合規(guī)范、標注清晰10與設計吻合圖紙是否與設計計算的結果完全一致15圖紙質量設計

2、圖紙的整體質量的全面評價5答辯成績，30%PPT質量PPT畫面清晰，重點突出10內容表述答辯表述是否清楚10回答問題回答問題是否正確10100評閱人簽名： 總分：評分說明：儲罐設計作品的總分=（設計說明書成績+設計圖紙成績）*0.9+答辯成績塔設備設計作品的總分=設計說明書成績+設計圖紙成績+答辯成績 設計任務書(十六)題目：甲醇精餾塔的設計設計內容：根據給定的工藝參數設計一篩板塔，具體包括塔體、裙座材料的選擇；塔體及封頭的壁厚計算及其強度、穩(wěn)定性校核、筒體和裙座的水壓試驗應力校核、裙座結構設計及強度校核；塔設備的結構設計；基礎環(huán)、地腳螺栓計算等 已知工藝參數：塔體內徑/mm2000塔高/mm

3、31000計算壓力/MPa1.2設計溫度/oC200設置地區(qū)長沙地震設防烈度8場地土類類設計地震分組第二組設計基本地震加速度0.2g地面粗糙度B類塔盤數52塔盤存留介質高度/mm100塔盤間距/mm450介質密度塔釜存留介質高度/mm100半圓形平臺數平臺高度/mm1000半圓形平臺寬度/mm800保溫材料密度/Kg/m3315保溫層厚度/mm100人孔間距/m5再沸器操作質量/Kg3800再沸器偏心距/mm2000介質腐蝕性設計要求：（1）計算單位一律采用國際單位，計算過程及說明應清楚；（2）所有標準件均要標記或代號；（3）對設計內容匯總，按規(guī)定的格式編寫設計說明書；（4）設計說明書有封面、

4、目錄、封底，目錄有序號、內容、頁碼；（5）設計說明書中數據與裝配圖中的數據一致； （6）裝配圖采用A1號圖紙手工繪制。21 / 26文檔可自由編輯打印 目 錄第1章前言1.1 摘 要31.2 設計內容和條件31.3塔體材料選擇41.4裙座材料選擇4第2章塔體結構設計與計算52.1 按計算壓力計算塔體和封頭厚度52.2 塔設備質量載荷計算52.2.1筒體和裙座質量52.2.2塔內件質量62.2.3保溫材料質量62.2.4平臺扶梯質量62.2.5物料質量62.2.6充水質量72.2.7質量載荷結果匯總表72.3風載荷計算7 2.4風彎矩計算92.5 地震載荷計算92.6 偏心彎矩計算102.7各載

5、荷引起的軸向應力102.8塔體與裙座的危險截面強度、穩(wěn)定性校核11 2.8.1 危險截面強度校核.112.8.2 裙座與塔體對接焊縫截面拉應力校核112.8.3對各危險截面進行穩(wěn)定性校核122.9塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核122.10 基礎環(huán)板設計132.10.1基礎環(huán)板內、外徑132.10.2基礎環(huán)應力校核132.10.3基礎環(huán)厚度計算142.11地腳螺栓計算14第3章塔結構設計16 3.1 塔體163.2 板式塔及塔盤163.3 塔設備附件163.3.1接管163.3.2 除沫裝置163.3.3 吊柱163.3.4 裙式支座163.3.5 保溫圈17附錄18 附表1：各部件尺寸大小18

6、附表2：質量載荷結果匯總18附表3：各載荷結果匯總19附表4：風載荷計算結果匯總19A主要符號說明20參考文獻.21設計結果評價及總結21 第1章 前言 1.1 摘 要甲醇系結構最為簡單的飽和一元醇，CAS號有67-56-1、170082-17-4，分子量32.04，沸點64.7。又稱“木醇”或“木精”。是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。有毒，誤飲510毫升能雙目失明，大量飲用會導致死亡。用于制造甲醛和農藥等，并用作有機物的萃取劑和酒精的變性劑等。通常由一氧化碳與氫氣反應制得。自2002年以來，我國甲醇市場受下游需求強力拉動，甲醇生產廠家紛紛擴產和新建，使得甲醇產能急劇增加，產量連年大幅增長。20

7、10年我國甲醇產能達到3757萬噸，產量1575萬噸，已成為世界第一大甲醇生產國。 1.2 設計內容和條件 題目：甲醇精餾塔的設計設計內容：根據給定的工藝參數設計一篩板塔，具體包括塔體、裙座材料的選擇；塔體及封頭的壁厚計算及其強度、穩(wěn)定性校核、筒體和裙座的水壓試驗應力校核、裙座結構設計及強度校核；塔設備的結構設計；基礎環(huán)、地腳螺栓計算等已知工藝參數：塔體內徑/mm2000塔高31000計算壓力/MPa1.2設計溫度/oC200設置地區(qū)長沙地震設防烈度8場地土類類設計地震分組第二組設計基本地震加速度0.2g地面粗糙度B類塔盤數52塔盤存留介質高度/mm100塔盤間距/mm450介質密度塔釜存留介

8、質高度/mm100半圓形平臺數平臺高度/mm1000半圓形平臺寬度/mm800保溫材料密度/Kg/m3315保溫層厚度/mm100人孔間距/m5再沸器操作質量/Kg3800再沸器偏心距/mm2000介質腐蝕性1.3塔體材料選擇介質為甲醇對鋼材腐蝕不大，溫度在-20以上，承受一定的壓力，故選用低合金鋼16MnR，它具有良好的綜合力學性能和工藝性能。它是目前我國用途最廣、用量最大的壓力容器專用器材。型號為16MnR。 1.4裙座材料選擇Q235-A抗拉強度比較好，A表示在40度可以很好的使用，而使用地在長沙，所以裙座選取Q235-A。第2章塔體結構設計與計算2.1 按計算壓力計算塔體和封頭厚度塔體

9、計算壁厚：塔體設計壁厚：塔體名義壁厚： 圓整后取：=12mm塔體有效壁厚： 封頭設計壁厚：塔體設計壁厚：塔體名義壁厚： 取圓后整： 塔體有效壁厚： 圓整后?。?.2 塔設備質量載荷計算 2.2.1筒體和裙座質量m01：筒節(jié)DN=2000mm，=12mm，筒節(jié)總高度H=27.5m，裙座總高度H2=3mq1=596 Kg/m（附錄4）， q2=438Kg（附錄6）圓筒質量：m1=q1H0=596×27.5 =16390 Kg封頭質量：m2=438×2 =876 Kg裙座質量：m3=q2H2=596×3 =1788 Kg2.2.2塔內件質量m02：篩板塔盤數：52，篩板

10、塔盤質量：65Kg/m2m02=2.2.3保溫材料質量m03：d：保溫層厚度，100 mm；2： 保溫材料密度 315 Kg/m3m´03：封頭保溫材料的質量，Kg2.2.4平臺扶梯質量m04:B:平臺半徑或寬度，100mm；qp：平臺質量，150Kg/m2；n:平臺數；HF：扶梯高度，30m； qF:扶梯質量,40Kg/m2.2.5物料質量m05:hw:板上液層高度，100mm；h0：塔釜圓筒部分深度；N塔板數；1：物料密度，791Kgm3；Vf：封頭容積，mm3；附件質量ma:按經驗值取m01的0.25倍,ma=0.25m01=4763.5Kg。2.2.6充水質量mw:偏心質量m

11、a：3800Kg操作質量：最大質量：最小質量：2.2.7質量載荷結果匯總表：（表1：質量載荷匯總）塔段 01 12 23 34 4頂 合計塔段長度/mm 1000 3000 7000 10000 10000 310000人孔與平臺數 0 0 2 3 1 6塔板數 0 0 10 28 14 52操作質量/Kg最大質量/Kg最小質量/Kg2.3風載荷計算以2-3段為例：塔高H20m，q1=q0=350Nm2，動脈增大系數，按4-5查得為2.24；因地面粗糙度類別為B級，查表4-6得第3段脈動影響系數V3為0.72。，查表4-7，并用內插法求得第三段振型系數為0.189De3取a,b中較大者 a b

12、 Doi=Di + 2n=2024 mm 取K3=400mm，表2 計算段平臺數110003500.70.720.00752.241.010.891002824622230003500.70.720.032.241.050.9740028242114370003500.70.720.192.241.3061.03112457328168074100003500.70.790.562.241.781.272134803304182995100003500.70.831.002.242.301.433111602984240452.4風彎矩計算 2.5 地震載荷計算等徑、等厚度的塔，15按公式（4

13、-21）、（4-22）計算基本振型地震彎矩 Cz-綜合影響系數，直立圓筒取0.5有地震設防烈度8級，設計基本地震加速度：0.2g查表4-8得max=0.16；由場地土類類，設計地震分組：第二組，查表4-9得Tg=0.4；已計算得T1=1.014s取第一振型脈動增加系數1=0.02，得衰減指數將上述各值代入圖4-48中公式計算得a1=0.091 計算界面0-0¹，1-1¹，2-2¹的地震彎矩，并考慮高震型影響 2.6 偏心彎矩計算偏心質量 偏心距e=2000mm偏心彎矩 2.7各載荷引起的軸向應力由壓力引起的軸向應力操作質量引起的軸向應力：截面0-0 截面1-1 其

14、中 截面2-2 其中 最大彎矩在筒體內引起的軸向應力 截面0-0 截面1-1 截面2-2 2.8塔體與裙座的危險截面強度、穩(wěn)定性校核 2.8.1危險截面強度校核本設備為內壓設備，最大組合軸向拉應力出現(xiàn)在正常操作的迎風側，根據（4-30）驗算得到截面2-2為最危險截面，對此截面進行強度校核 t=170MPa，=0.85，K=1.3， Kt =1.3×170×0.85=187.58MPa 滿足要求 2.8.2 裙座與塔體對接焊縫2-2截面拉應力校核由于裙座與塔體內徑相等，所以采用對接焊縫， 滿足條件2.8.3對各危險截面進行穩(wěn)定性校核 B=0.06Etei/ t =113MP

15、K=1.3 滿足穩(wěn)定性要求2.9塔體水壓試驗和吊裝時的應力校核 水壓試驗時各種載荷引起的應力： （1）試驗壓力和液柱靜壓力引起的環(huán)向應力 液柱靜壓力=rH9.81=0.0001×310009.81=0.316 按第三章式（3-16）進行應力校核： 滿足要求（2） 試驗壓力引起的軸向拉應力 （3） 最大質量引起的軸向壓應力 （4）彎矩引起的軸向應力 最大組合軸向拉應力按（4-34）進行校核：液壓試驗時 最大組合軸向壓應力按（4-35）進行校核：滿足要求2.10 基礎環(huán)板設計2.10.1基礎環(huán)板內、外徑取 2.10.2基礎環(huán)應力校核：(1):(2) :取以上兩者中的較大值b=2.01MP

16、a，選用100號混泥土，由表8-9查的其許用應力 Ra=5.0MPa，bmax=1.725.0MPa滿足要求2.10.3基礎環(huán)厚度計算：b=140MPa; C=3mm。，假設螺栓直徑為M36，由表8-11查得L=160mm，當時，由表8-10查得 ： 取其中較大值，故Ms=5838.5 （Nmm）按有筋板時計算基礎環(huán)厚度：圓整后取b=19mm 16mm ，合理2.11地腳螺栓計算，其中 （1）（2） 取以上兩數中的較大值， 地腳螺栓的螺紋直徑， 式中：d1為地腳螺栓螺紋直徑，mm；C2為地腳螺栓腐蝕裕量，取3mm；n為地腳螺栓個數，一般去4的倍數；為地腳螺栓材料的許用應力，選取Q235-A時，

17、取 ，假設n=32，則 圓整后取，M36M24，合理 故選用 32-M36的地腳螺栓。 第3章塔結構設計3.1 塔體 塔體包括塔殼筒體、封頭、人孔、手孔、葉面計、接管、法蘭等各受壓元件，其結構形式和要求應滿足GB150有關規(guī)定。 3.2 板式塔及塔盤因塔徑為2000mm大于800mm 故選用分塊式塔盤 3.3 塔設備附件3.3.1接管 塔設備的塔體上配有各種工藝接管和儀表接管，大多數接管與一般容器上接管結構相同。3.3.2 除沫裝置 除沫裝置屬氣液分離裝置，用以出去氣體夾帶的液滴和霧沫，保證傳質效率。觸摸裝置可安裝在塔內或塔上部，也可作為獨立的氣液分離設備。3.3.3 吊柱 對于高度大于15m

18、的室外無框架的整體塔，應考慮安裝和檢修時起吊塔臺及其他附件方便，所以常在塔頂安裝可轉動的吊柱。3.3.4 裙式支座裙座是塔設備廣泛采用的一種支座，裙座有圓筒形和圓錐型兩種，這次設計采用圓筒形。3.3.5 保溫圈塔外保溫材料的支撐圈叫保溫圈。塔體保溫圈為型；塔頂保溫圈為型；塔底保溫圈為型。 但條件已提供保溫材料。密度為315Kg/m3 附錄附表1：各部件尺寸大小筒體高度/m27.5裙座高度/m3塔體名義壁厚/mm12塔體有效壁厚/mm10裙座名義壁厚/mm12裙座有效壁厚/mm10基礎環(huán)外徑/mm2300基礎環(huán)內徑/mm1700基礎環(huán)應力/MPa1.72基礎環(huán)厚度19mm地腳螺栓個數32地腳螺栓

19、直徑/mm36筒體和封頭材料16MnR裙座材料Q-235A裙座類型圓筒型塔盤分塊式附表2：質量載荷結果匯總塔段 01 12 23 34 4頂 合計塔段長度/mm 1000 3000 7000 10000 10000 310000人孔與平臺數 0 0 2 3 1 6塔板數 0 0 10 28 14 52塔體質量/Kg19054塔內件質量/Kg10613保溫材料質量/Kg6109平臺扶梯質量/Kg4618物料質量/Kg18777充水質量/Kg88610操作質量/Kg最大質量/Kg最小質量/Kg附表3：各載荷結果匯總風彎矩 地 震 載 荷操作質量引起的軸向應力截面0-0 10.56MPa最大彎矩引起

20、的軸向應力截面0-0 44.21MPa截面1-1 10.43MPa截面1-1 43.80MPa截面2-2 9.61MPa截面2-2 36.74MPa偏心彎矩0.746×108N/mm壓力引起的軸向應力 60MPa附表4：風載荷計算結果匯總計算段平臺數110003500.70.720.00752.241.010.891002824622230003500.70.720.032.241.050.9740028242114370003500.70.720.192.241.3061.03112457328168074100003500.70.790.562.241.781.272134803304182995100003500.70.831.002.242.301.43311160298424045A主要符號說明基礎環(huán)面積：Ab 平臺質量： 裙座筒體的截面積： 籠式扶梯質量：基礎環(huán)伸長寬度：b 各類土場的特征周期：厚度附加量：C 自振周期： 塔內直徑： 設計溫度：t彈性模量：E 裙座筒體的截面系數：塔體高度：H 常溫屈服點：籠式扶梯高度： 介質密度 ：塔盤介質層高度 ： 塔外保溫層厚度