年產(chǎn)25萬噸二甲醚的精餾系統(tǒng)及二甲醚精餾塔設(shè)計

年產(chǎn)25萬噸二甲醚的精餾系統(tǒng)及二甲醚精餾塔設(shè)計個人收集整理勿做商業(yè)用途個人收集整理勿做商業(yè)用途22作者:日期:

摘要作為LPG和石油類的替代燃料，目前二甲醚（DME）倍受注目。DME是具有與LPG的物理性質(zhì)相類似的化學(xué)品，在燃燒時不會產(chǎn)生破壞環(huán)境的氣體,能便宜而大量地生產(chǎn)。與甲烷一樣，被期望成為21世紀(jì)的能源之一。目前生產(chǎn)的二甲醚基本上由甲醇脫水制得，即先合成甲醇，然后經(jīng)甲醇脫水制成二甲醚?甲醇脫水制二甲醚分為液相法和氣相法兩種工藝，本設(shè)計采用氣相法制備二甲醚工藝。將甲醇加熱蒸發(fā)，甲醇蒸氣通過yAL2O3催化劑床層，氣相甲醇脫水制得二甲醚。氣相法的工藝過程主要由甲醇加熱、蒸發(fā)、甲醇脫水、二甲醚冷凝及精餾等組成。主要完成以下工作：1）全過程的物料及能量衡算；2）通過對ASPENPLUS的學(xué)習(xí)對精餾系統(tǒng)進行模擬；3）二甲醚精餾塔的選型設(shè)計計算；4）二甲醚精餾塔選型的校核；5）通過對塔的設(shè)計計算，利用CAD繪制出PID圖、PFD圖、設(shè)備圖以及車間布置圖.關(guān)鍵詞：二甲醚，甲醇，工藝設(shè)計，二甲醚精餾精餾塔設(shè)計個人收集整理勿做商業(yè)用途個人收集整理勿做商業(yè)用途#進料板液相質(zhì)量分率:0.3096x46==0.4660.3096x46+0.2781x32+0.4123x180.2781x32==0.29120.3096x46+0.2781x32+0.4123x180.4123x18af3=0.3096x46+0.2781x32+0.4123x18=0.2428所以，平均密度為:1Pfl=0.4660.29120.2428=651.19炮皿++527.75725.97965.3塔底液相平均密度由ASPENPLUS得到的結(jié)果知，在塔底，二甲醚含量很低，對塔底液相密度的影響幾乎可以忽略不計，故而可以近似的將塔底二甲醚的含量看成為0。對塔底平均密度有影響的即為h2o、ch4o.由tW=149。8°C,查手冊［18］得p=295.183kg/m1塔底液相質(zhì)量分率：p=646.621kg/m32p=920.822kg/m330.3318x320.3318x32+0.6682x180.6682x18=0.4689aw3=0.3318x32+0.6682x18=0.5311所以，塔底平均密度:1pwl=P7689聞丁=768.1kg/m3+920.822646.621精餾段平均密度:P=63°?69[651?19=640.94kg/m3mL提餾段平均密度:P=651.19「768.1=709.65kg/m3nL全塔平均密度:640.94+709.65>2二675.30kg/m35。液體平均表面張力的計算液相平均表面張力依下式計算，即Q=ExQLmii塔頂液相平均表面張力的計算由tD=40。3oC，查手冊［18］得b=69.940mN/m3b=9.815mN/mb=69.940mN/m312b=0.9978x9.815+0.0022x19.91=9.837mN/mDL進料板液相平均表面張力為由tF=71.90C，查手冊得b=60.715mN/m3=30.034mN/b=60.715mN/m3=30.034mN/m12b=0.3096x3.55+0.2781x14.032+0.4123x60.715FL塔底液相平均表面張力的計算由tw=149o80C,查手冊得b=0.224mN/mb=0.224mN/m1b2=7.949mN/mb=49.505mN/m3bWL=°3318X“49+0?6682X傢505=遼717mN/bWL=°3318X“49+0?6682X傢505=遼717mN/m精餾段液相平均表面張力的計算b=9?837+30?034=19.936mLmN/m提餾段液相平均表面張力的計算b=恥034+遼717=32.876nLmN/m全塔液相平均表面張力的計算b=卩936+32?876=26.406LmN/m6.液體平均粘度的計算塔頂物料粘度：tD=40。3°C,查手冊［18］得卩1=0.133mPa-s卩=0.444mPa-s20.683mPa-slgR=0.9978xlg（0.133）+0.0022xlg（0.44）DLR=0.133mPa?sDL進料黏度：在tD=71.9°C,查手冊得卩1=0.077mPa-s卩=0.255mPa?s2卩=0.315mPa3lgR=0.3096xlg（0.077）+0.2781xlg（0.255）+0.4123xlg（0.315）FLR=0.192mPa?sFL塔底物料粘度：在0=149。80C，查手冊得R1=0.023mPa?s卩？=0.153mPa?slgR=0.3318xlg（0.153）+0.6682xlg（0.193）WLR=0.179mPa?sWL卩3=0.193mPa精餾段液相平均粘度：RmL=4竺=ON?sr=°.192+°.179=0.186mPa?s提餾段液相平均粘度：nLRr全塔液相平均粘度L°」63+°」83-0.175mPa?s4。2工藝尺寸的計算4。2。1氣液相負(fù)荷與體積流率精餾段氣液相負(fù)荷:L=R?D=0.438x680.846=298.21kmol/hV=（R+1）D=（0.438+1）x680.846=979.057kmol/hm提餾段氣液相負(fù)荷:L=L+F=298.21+1706.38=2004.59nmV=V=979.057kmol/hnmkmol/h精餾段氣液相體積流率:VMmV—3600pmVLM—mL—3600pmL979.057x40.015——0.8153600x13.36298.21x38.266==0.0053600x640.94提餾段氣液相體積流率:VM=nV—3600pnVLM—nL—3600pnL-哂057X遼453-0.921m3/s3600x10.47-2004?59X26?6°4-0.021m3/s3600x709.65全塔氣液相體積流率:V=°.815+°.921=0.868m3/s2L=0.021+°.°05=0.013m3/s24.2.2塔徑的計算1。精餾段塔徑的計算由u—CmaxP-P式中的C由式C=CP20V0.2計算，其中C20由史密斯關(guān)聯(lián)圖H9]查取，圖的橫坐標(biāo)為:L—mVm3)

mL-Ip丿'mV丿0.005(640.94]0.815I13.36丿12二0.04取板間距HT=0?40m，板上液層高度hL=0-06m，則H-h=0.40-0.06=0.34mTL查史密斯關(guān)聯(lián)圖得C20=0。07C二0.07(C二0.07(19.936、o.220丿二0.0713.36卩=0?07」64°.94一13?36=0.48m/s13.36max取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為:|Li=0.7p=0.7x0.48=0.336m/smaxD-西“-1.758和3.14x0.336按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=2.0m

塔截面積為：兀A=D2=3.14m2T4實際空塔氣速為：0.815==0.26m/s3.14（尋）詹）圖4。1史密斯關(guān)聯(lián)圖2。提餾段塔徑的計算提留段的汽液相負(fù)荷由u=C'PL-PV式中的C由式C=C（^^）0.2計算，其中c由史密斯關(guān)聯(lián)maxMp20'2020*V圖查取，圖的橫坐標(biāo)為：、P—nL、P—nLP丿nV’1/20.021X3600[695.05]0.921x3600L7.07丿1/2=0.188取板間距，m，則TLH-h=0.40-0.06=0?34mTL

查史密斯關(guān)聯(lián)圖得C20=0。055C=0.055xf32.876T'2=0.061I20丿u=0.061u=0.061max：709.65-10.4710.47=0.498取安全系數(shù)為0。6,則空塔氣速為:u=0.6u=0.6x0.498=0.3m/smax=1.98\4V=/4x0.921=1.98HT3.14x0.3按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=2m塔截面積為TOC\o"1-5"\h\z兀nA=D2=x22=3.14m2T44實際空塔氣速為：0.9210/u==0.293m/s3.144?2。3精餾塔有效高度的計算精餾段有效高度為：Z=(N-1)H=(10—l)x0.45=4.05m精精T提餾段有效高度為：Z=(N-1)H=(10—1)x0.45=4.05m提提T在進料板上方開一人孔，其高度為：0.8m故精餾塔的有效高度為：Z=Z+Z+0.8=4.05+4.05+0.8=8.9m精提4。3塔板主要工藝尺寸的計算4.3.1溢流裝置計算因塔徑D=2m,可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下:堰長L取I=0.80D=0.80x2=1.6mW溢流堰高度hww由h=h-h』WLOW選用平直堰’堰上液層高度how由式h選用平直堰’堰上液層高度how由式h2.84OW1000Elw丿近似取近似取E=1,則2.84h=x1xow2.84h=x1xow1000(0.013x3600\1.62/3=0.027故h=0.06-0.027=0.033mW故h=0.06-0.027=0.033mW4。3。2弓形降液管寬度Wd和截面積Af由lw=0.80D查弓形降液管的參數(shù)圖@0],得AfAf=0.14TWd=0.20D故A=0.14A=0.14x3.14=0.44m2fT=0.20D=0.20x2=0.4m3600AfH故A=0.14A=0.14x3.14=0.44m2fT=0.20D=0.20x2=0.4m3600AfH驗算液體在降液管中停留時間，即Ln3600AH0=fT3600x0.44x0.40=13.5s>5s0.013x3600故降液管設(shè)計合理.4。3.3降液管底隙高度h0h=n03600lu'W0u'的一般經(jīng)驗數(shù)值為0.07~0.28m/s0取u'=0.28m/s0°.°13x3600=0.029m03600x1.6x0.28h-h=0.047—0.029=0.018m>0.006m0故降液管底隙高度設(shè)計合理.選用凹形受液盤，深度h'=50mm。W

4.4塔板布置4。4.1塔板的分塊因D>2000mm，故塔板采用分塊板。查塔板分塊表得，塔板分為6塊。4?4。2邊緣區(qū)寬度確定取Ws=0.05m,磚臨血4。4.3開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積A按式a開孔區(qū)面積A按式a計算TOC\o"1-5"\h\zc兀r2.=2xvr2-x2hsin-iI180其中x=f-(Wd+W)=2-(0?4+0?05)=0-55mr=T-Wc=1-0-035=0-965/A=20.55(0.9652—0.55/A=20.55(0.9652—0.552兀x0.9652180sin0.550.965=2.001丿m24。4。4篩孔計算及排列本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用§本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用§=4mm碳鋼板，取利孔直徑d0=10mm篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為:t=3d0=3x10=20mm篩孔數(shù)目n為1.115An=1.115An=0121.115x2.0010.032=2480開孔率為:申=0.907申=0.907=0.907=10.1%氣體通過閥孔的氣速為:Vu=-—=二0-868=4.29m/s0A0.101X2.00104.5塔板的流體力學(xué)驗算4?5。1塔板壓降1）干板阻力hc計算由式h=由式h=0.051(、u—02(p]c1c丿'o'IPL丿干板阻力hc計算由％/5=5/3=L67，查干篩孔的流量系數(shù)圖@1］得，c0=0.772故h=0.051xc(故h=0.051xc(4.29)2(11.92)675.3丿=0.0314m液柱2)2)氣體通過液層的阻力h1計算氣體通過液層的阻力h］由式h產(chǎn)加L計算TOC\o"1-5"\h\zV0.868,u=s==0.321m/saA-A3.14-0.44TfF=VJp-0.321x7'11.92=1.108kg1/2/(s-m1/2)0av查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得p=0。65。h=p(h+h)=0.65x(0.071+0.033)=0.039m液柱1WOW3)3)液體表面張力的阻力hg計算液體表面張力的阻力h可按式h=%l計算，即PgdL0h=耳=4x26.406x10-3=0.0032m液柱bpgd675.3x9.81x0.005L0氣體通過每層塔板的液柱高度hp可按下式計算，即h=h+h+h=0.0314+0.039+0.0032=0.0736m液柱Pc1C氣體通過每層塔板的壓降為:AP=hpg=0.0736x675.3x9.81=487.58Pa<0.7kPa(設(shè)計允許值)ppL4。4。5.2液面落差對于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響.4?5。3液沫夾帶5.7x10-6e=V5.7x10-6e=V3.2uaH-h'Tf丿h=2.5h=2.5x0.06=0.15mfL

5.7x10一626.406x5.7x10一626.406x10-3故在本設(shè)計中液沫夾帶量ev在允許范圍內(nèi)。4?5。4漏液對篩板塔，漏液點氣速U.可由下式計算，即0,mmu=4.4C(0.0056+0.13h-h)p/p0,min0LQLV=4.4x0.77^./(0.0056+0.13x0.06-0.0032)x675.3/11.92=1.442m/s實際孔速u=4.29m/s>u00,min穩(wěn)定系數(shù)為:K=-U^==2.98>1.5u1.4420,min故在本設(shè)計中無明顯液漏。4。5.5液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度Hd應(yīng)服從下式的關(guān)系，即Hd"(Ht+hW)二甲醚一甲醇一水物系屬一般物系，取申=0.5，則TOC\o"1-5"\h\z9(H+h)=0.5(0.40+0.033)=0.217mTW而H=h+h+hdpLd板上不設(shè)進口堰，hd可由下式計算，即h=0.153(u')2=0.153x(0.28)=0.0120m液柱d0H=0.0736+0.06+0.0032=0.1368m液柱dH<9(H+h)dTW故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。

4.6塔板負(fù)荷性能圖4。6。1漏液線由卩=C(h+h-h)P/PO,min0wLbLV_V卩=―S,min0,minAoh=h+hLWOWh=2.84ow1000E(—hh=2.84ow1000E(—h)2/3

lVs,min=CA.{0.0056+0.13[h+00w2.841000E(”卜hb}PL/PVw=O.101』0.0056+0?13[0?033+誌x1x(潛)2/3]一0.0032}675.3心2整理得V=0.101p‘3.59L2/3+0.379TOC\o"1-5"\h\zs,mins在操作數(shù)據(jù)內(nèi)，任取幾個L值，依上式計算出V值，計算結(jié)果見表4.1SS表4。1漏液線Ls，m3/s00。00050。0010.00150.0020。00250。003Vs，m3/s0.0610.0630.0650。0660。0670。0670.068TOC\o"1-5"\h\z由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線4。6。2液沫夾帶線以e=0.1kg液/kg氣為限，求V-L關(guān)系如下vss5.7x10-6u、(a)3.2bH-hLTfVV—0.37Vsu—s——0.37VsaA-A3.14—0.44Tfh—h—2.5hfL—2.5(h+h)wowh=0.033wh=2.84h=2.84ow1000(3600LI1.6—0.488L2/3s故h=2.5(0.033+0.488L2/3)=1.22L2/3+0.0825fssH-h故h=2.5(0.033+0.488L2/3)=1.22L2/3+0.0825fssH-h二0.4-0.0825-1.22L2/3二0.3175-1.22L2/3T5.7x10-60.37V26.46x10-30.3175-1.22L2/30.1整理得y=5.846-22.465L2/3Ss在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果于表4.2L，m3/ss00。00050。0010。00150.0020。00250。003V，m3/ss5。8465。7045。6215.5515.4905.4325。379表4。2液沫夾帶線由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線4.6.3液相負(fù)荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度h=0。005m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)?由式得ow2.84how-1000E(3600L)2/3lw丿=0.005取E=1，則Ls,min(0.005x1000)Ls,min(0.005x1000)2.841.5x=0.00104m3/s36001.6據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線4?6。4液相負(fù)荷上限線以0=4s作為液體在降液管中停留時間的下限，由0=人巴=4得LsLsLs,max竺=044x04=0.044m3/s4據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線4。6。5液泛線=h+h+h;h=h+h+h;h=0h;h=h+hpLdpc1b1LLwow

聯(lián)立得甲H+(甲-p-1)h=(p+1)h+h+h+hTwowcdb忽略h，將h與L,h與L,h與V的關(guān)系式代入上式，并整理得TOC\o"1-5"\h\zowSdScSa'V2=b'-c'L2-d'L2/3SSS式中a'=衛(wèi)江(牛)(Ac)2p00Lb'=申H+(申-p-1)hTwc'=0.153/(lh)2w0d'=2.84x10-3E(1+p)(型^)2/3lw將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得0.051a=x(0.101x2.939x0.772)20.051a=x(0.101x2.939x0.772)2/11.92、675.3丿=0.01610.153b'=0.5x0.40+(0.5—0.65—1)x0.033=0.1621(1.92x0.029)2=49.35070.153d'=2.84x10-3x1x(1+0.65)x[丫3=0.8046I1.6丿故0.0161V2=0.1621—49.3507L2—0.8406L2/3sss在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls依上式計算出V」十算結(jié)果列于表4。3表4。3液泛線Ls，m3/s00.00050。0010.00150。0020。00250.003Vs，m3/s3.1733.1213.0893.0623.0383.0152。992由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖4.2所示在負(fù)荷性能圖上，作出操作點A,連接OA,即作出操作線，由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為液漏控制，由上圖查得V=5.9V=1.6S,maxS,min故操作彈性為

S，山ax==3.69V1.6S,min誡相負(fù)荷下舲誡相負(fù)荷下舲—渝相負(fù)荷上限線—線性離作性)圖4。2篩板塔的負(fù)荷性能圖將以上計算結(jié)果列于下表4.4表4.4篩板塔的主要結(jié)果匯總序號項目數(shù)值1平均溫度t,°Cm95.052平均壓力P,kPam9353氣相流量Vs，(m3/s)0.8684液相流量L,,(m3/s)0.00135實際塔板數(shù)206有效段咼度乙m137塔徑，m28板間距，m0。49溢流形式單溢流10降液管形式弓形11堰長,m1.612堰咼，m0。03313板上液層高度，m0.0614堰上液層高度,m0。006315降液管管底隙高度，m0。033

續(xù)表序號項目數(shù)值16安定區(qū)寬度，m0.06517邊緣區(qū)寬度，m0.03518開孔區(qū)面積，m22。00119篩孔直徑，m0。00520篩孔數(shù)目1027221孔中心距，m0.01522開孔率，%10。123空塔氣速，m/s1。10124篩孔氣速，m/s4。2925穩(wěn)定系數(shù)3。1626每層塔板壓降，Pa35027負(fù)荷上限液泛控制28負(fù)荷下限液漏控制29液沫夾帶eV，（kg液/kg氣）0.0004830液相負(fù)荷上限,m3/s0.04431液相負(fù)荷下限，m3/s0。0010432操作彈性3.69第5章輔助設(shè)備計算5.1精餾塔接管5?1?1塔頂蒸氣出口管的直徑操作壓力不大時，蒸氣導(dǎo)管中常用流速為12?20m/s,!~4v蒸氣管的直徑為忙￡礦，其中mVd塔頂蒸氣導(dǎo)管內(nèi)徑mV塔頂蒸氣量m3/s，取u=12m/s，則VsmV=0.294d_：4x0.815=0.294V—3.14x12查表取申319.1x10mm5.1.2回流管的直徑塔頂冷凝器械安裝在塔頂平臺時，回流液靠重力自流入塔內(nèi)，流速u可取0.2?0.5Rm/so取u=0.5m/s，貝V回流管的直徑dR:4dR:4x0.005\'3.14x0.5=0.113查表取弔193.7x5mm5o1.3進料管的直徑采用高位槽送料入塔，料液速度可取u=0.4~0.8m/s，取料液速度u=0.8m/s，F(xiàn)F54611-48=0.0233m354611-48=0.0233m3/sVf3600x651.193.14x0.8進料管的直徑：dF=4x0.0233=0.193查表取弔219.1x5mm5.1.4塔底出料管的直徑一般可取塔底出料管的料液流速u為0o5?1。5m/s,循環(huán)式再沸器取1o0~1.5wm/s，取塔底出料管的料液流速u為0.8m/s,貝V,塔底出料管的直徑dw為:w

dw4L3.14x0.8皿udw4L3.14x0.8皿uF空連=0.183m查表取弔193.7x5mm5。1。5塔釜進氣管當(dāng)為了避免液體淹沒氣體通道，進口管應(yīng)該安裝在塔釜最高液面之上。本設(shè)計中采用直管，由于塔釜氣體由泵打入，氣速可以取20?40,取氣速u二40m/s,則:遜21遜21二0.171\3.14x40將其圓整至相應(yīng)規(guī)格的管徑為600mm,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列弔193.7x5mm。5.2人孔人孔是安裝或檢修人員進出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于進入任何一層塔板,由于設(shè)置人孔處塔間距離大，且人孔設(shè)置過多會使制造時塔體的彎曲度難以達到要求。一般每隔10?20塊塔板或5?10m塔段，才設(shè)一個人孔；在氣液進出口等須經(jīng)常維修清理的部位，應(yīng)增設(shè)人孔.本設(shè)計的塔中共20塊板，需設(shè)置1個人孔；另外塔頂、塔釜各設(shè)一人孔，本設(shè)計中塔體共開3個人孔。根據(jù)HG21519-1995,本設(shè)計中采用垂直吊蓋帶頸平焊法蘭非標(biāo)準(zhǔn)人孔，該人孔的尺寸突面RF型，公稱壓力PN二1.0MPa、公稱直徑DN二500mm，總質(zhì)量m=154kg。人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本設(shè)計也是如此。5.3裙座5.3o1裙座選材&3]常用的裙座材料為Q235—A?F和Q235—A。塔釜封頭材料為低合金高強度鋼、高合金鋼。地腳螺栓一般用lCrl3鋼，高塔可用A5或20號鋼。當(dāng)設(shè)計溫度S-20°C、由風(fēng)載或地震載荷控制的塔，應(yīng)選用16Mn鋼。本設(shè)計中裙座采用Q235—A，筒體及塔釜封頭材料均用16MnR，地腳螺栓采用Q235-A鋼。

5?3。2裙座的結(jié)構(gòu)空塔體常用裙座支承，裙座結(jié)構(gòu)有兩種型式，一種是錐型，另一種是圓筒形?一般多采用圓筒形，裙座較其他支座（如支腳）的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部應(yīng)力也小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式.為了制造方便，本設(shè)計中選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其結(jié)構(gòu)如圖5。1所示。圖5。1中座體為圓筒，上端與塔體封頭焊接，下端與基礎(chǔ)環(huán)、筋板焊接，且開有人孔通道。基礎(chǔ)環(huán)上筋板間還組成螺栓座的結(jié)構(gòu)，用以安裝地腳螺栓，以將塔設(shè)備固定在基礎(chǔ)上。圖5.1圓筒形裙座1—塔體；2—保溫支承圈；3—無保溫時排氣孔；4—裙座筒體；5—人孔；6-螺栓座;7—基礎(chǔ)環(huán)；8—保溫時排氣孔；9—引出管通道；10—排液孔1。座體座體的設(shè)計包括厚度計算、焊接結(jié)構(gòu)等。2。座體厚度座體有效厚度厚度先確定為14mm，經(jīng)過機械計算厚得出最終厚度為14mm，滿足裙座的強度要求.3。裙座與塔體的連接裙座與塔體的連接采用焊接，焊接接頭可采用對接接頭和塔接接頭兩種.裙座直接

焊在塔釜封頭上，可采用對接焊縫；裙座焊在殼體外側(cè)的結(jié)構(gòu)，采用塔接接頭焊縫。本設(shè)計中裙座與筒體連接采用對接接頭，上端內(nèi)直徑與標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭內(nèi)直徑相等，故裙座筒體上端面至塔釜封頭切線距離h二1000mm，如圖52所示。裙座缺口[25]本設(shè)計中封頭的直徑較大，所以塔釜封頭為拼焊成型，為增加封頭和裙座的強度性能，防止因焊縫集中引起的應(yīng)力集中，則裙座與塔體封頭連接時,在封頭拼焊焊接接頭處的裙座應(yīng)開有缺口。因為封頭厚度§=14mm，所以經(jīng)驗和實際加工要求，缺口的尺寸為K=100mm、R=50mm。地腳螺栓地腳螺栓座結(jié)構(gòu)采用外螺栓座結(jié)構(gòu)形式。初步取地腳螺栓數(shù)目為32個，地腳螺栓尺寸經(jīng)計算后得出為64mm.為便于安裝，且考慮到混凝土基礎(chǔ)的強度,地腳螺栓的間距為450mm.檢查孔裙座體上必須開檢查孔，方便檢查，檢查孔有圓形和長圓形兩種。本設(shè)計中采用圓形檢查孔，數(shù)量為2個?其尺寸為：直徑D=600mm、M=250mm、中心高H=950mm。5。4封頭高度采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料為20R鋼，壁厚與塔體相同，即:=1000=1000mm5。4吊柱對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對于補充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，既經(jīng)濟又方便的一項設(shè)施，一般高度在15m以上的塔都應(yīng)該設(shè)吊柱。本設(shè)計中塔高度大，因此設(shè)吊柱.吊柱設(shè)置方位應(yīng)使吊柱中心線與人孔中心線見有合適的夾角，是人能站在平臺上操作手柄，讓經(jīng)過吊鉤的垂直線可以轉(zhuǎn)到人孔附近,以便從人孔裝入或取出塔的內(nèi)件。5.4.1吊柱的選型吊柱的起吊載荷塔內(nèi)零件的質(zhì)量決定，根據(jù)塔徑?jīng)Q定其回轉(zhuǎn)半徑，然后根據(jù)化工部標(biāo)準(zhǔn)HG/T21639《塔頂?shù)踔返踔慕Y(jié)構(gòu)形式及主要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)即可選取。吊柱立柱為20#無縫鋼管，其他各件采用A3和A3F，吊柱與塔連接的襯板與塔體材料相同。因設(shè)計塔徑D=2000mm，可選用吊柱500kg，S=2800mm，L=5450mm，H=1450mm，材料為A3。5。4。2吊柱的結(jié)構(gòu)圖5.3圖5.3吊柱結(jié)構(gòu)1—下支座;2—防雨罩；3—擋銷；4—上支座；5—止動插銷；6—手柄;7—吊桿;8—吊環(huán)；9—吊鉤；10-封板；

本設(shè)計中吊柱的結(jié)構(gòu)選用化工部標(biāo)準(zhǔn)HG/T21639中最常用的一種吊柱，其由一根彎曲90°的鋼管組成。如圖5。3所示，這種吊柱的受力較好，一般起吊質(zhì)量可達1000kg。吊柱的支撐是將吊柱套在焊于塔體的上、下支座內(nèi)，支撐較牢固.吊柱結(jié)構(gòu)如圖5—3所示.其中吊鉤的結(jié)構(gòu)為U型，吊柱的下端為一橢圓封頭。5.5精餾塔高度精餾塔有效高度：Z=8.9m有精餾塔塔頂與塔底氣液分離空間分別去3m、5m，群座高度為3m，吊住高度為5.4m.所以殼體高度：Z=8.9+3+5=16。9m殼塔高：Z=21。3m第6章二甲醚精餾塔內(nèi)件機械強度設(shè)計及校核6.1精餾塔筒體和裙座壁厚計算選用16MnR鋼板，查表［20］得：［可t=170MPa焊接采用雙面焊100%無損探傷檢查,焊接接頭系數(shù)申=1.00，則由筒體的計算厚度為：APDo=w20」卻—pW0.97x20002x170x1—0.97mm查表［20］得C1=0.8mm,加上壁厚附加量C=2mm,并圓整，還考慮剛度、穩(wěn)定性及多種載荷等因素,取筒體、封頭和裙座的名義厚度Sn為8mm,則有效厚度0=0—C=8—2=6(mm)en應(yīng)力校核：采用水壓試驗，試驗壓力為:=1.25x0.97x170=1.21170MPa壓力試驗時的薄膜應(yīng)力p(D+0)O=Jie-T20e1.21x(2000+6)

bT==202.27MPa12x6查表9—^,16MnR的b=345MPas故o.9^b=0.9x1x345=310.5MPa>202.27MPa=osT所以滿足水壓試驗要求。封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭6.2精餾塔塔的質(zhì)量載荷計算6。2.1塔殼和裙座的質(zhì)量圓筒質(zhì)量塔體圓筒總高度Z=14.9mm=—^D2-D2)Zp14in.0162-22)x14.9x7.85x103=5899.83kg46。2。2封頭質(zhì)量查的DN2000，壁厚8mm的橢圓形封頭的質(zhì)量為251kg，則m2=251x2=502kg6.2.3裙座質(zhì)量圓筒裙座尺寸:D=2000mm，D=2016mmisosm=—(D2-D2)Hp34osiss鋼兀=—(2.0162-22)x3x7.85x103=1187.88kg46。2.4吊住質(zhì)量m4=500kg所以精餾塔殼體總質(zhì)量：m=m+m+m=5899.83+502+1187.88+500=8089.71kg011236.2.5塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量塔盤單位質(zhì)量為175.59kgm=175.59x20=3511.8kg026?2。6人孔、法蘭、接管與附屬物質(zhì)量m=0.25m=0.25x8089.71=2022.43kga6.2。7保溫材料質(zhì)量m為封頭保溫層質(zhì)量，查《化工工藝設(shè)計手冊》選用硅酸鈣制品，厚度為03150mmm03=—T(D+28)2-D2Hp+2m'034L0s0」0203=上x「(2.016+2x0.15)2-2.0162lx14.9x300+2x(0.587-0.398)x3004L」=4560.61kg

6?2。8平臺、扶梯質(zhì)量m=更「(D+25+2B)2-(D+25)2]x—nq+qH044L0s0s」2PFF=「(2.016+2X0.1+2X0.9)2—(2.016+2x0.1)2lx—x2x2x150+40x154L」2=3243.1kg式中：qp平臺單位質(zhì)量，為150kg/m?Hf扶梯高度，為15m；qF籠式扶梯的單位質(zhì)量，為40kg/mn平臺數(shù)量.6。2。9操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量TOC\o"1-5"\h\z冗冗m=—D2HpNH—D2Hp+Vp054ILLP4i0LfL兀兀x22x0.06x14.9x675.3+x2x0.0371x675.3+0.868x11.9244=2737.65kg6。2。10充水質(zhì)量兀cm——DHp+2VpW4i0wfwn—x22x14.9x1000+2x0.868x1000=48522kg4全塔操作質(zhì)量m—m+m+m+m+m+m00102030405a—8089.71+3511.8+4560.61+3243.1+2737.65+2022.43—20065.3kg塔設(shè)備最小質(zhì)量mminm—m+0.2m+m+m+mmin01020304a—8089.71+0.2x3511.8+4560.61+3243.1+2022.43—18618.21kg塔設(shè)備最大質(zhì)量mmaxm—m+m+m+m+m+mmax01020304aw

=8089.71+3511.8+4560.61+3243.1+2022.43+48522=69949.65kg塔自振周期計算T1=90.33HmH

T1=90.33HmH

0ESD3eiX10-320065.3x21300=90.33X21.31.9x105x6x20003=0.41656.3地震載荷計算由表查得:amax0.45（設(shè)計地震烈度8級），Tg=0。3（2類場地土，近震）。max—g地震影響系數(shù)a1(0.3、0.9a地震影響系數(shù)a1(0.3、0.9amax<0.4165x0.45=0.3353結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)CZ-0。5。213002000=10.65213002000=10.65確定危險界面，如附圖.0-0截面為裙座基底截面，1-1截面為裙座人孔出截面，2-2截面為裙座與塔體焊縫處截面。計算危險截面的地震彎矩：0-0截面：M‘0-0=16CamgHE35Z1016=一X0.5X0.3353x20065.3x9.81x2130035=3.21x108N?mmM0-0=1.25M'0-0=1.25x3.21x108=4.013x108N?mmTOC\o"1-5"\h\zEE1-1截面:M'1-1=8Cz"1m0g(10H3.5-14H2.5h+4h3.5)圖6。1精餾塔e175H2.58x0.5x0.3353x20065.3x9.81()=x\10x213003.5-14x213002.5x1000+4x10003.51175x213002.5=3.002x108N?mmM1-1=1.25M'1-1=1.25x3.002x108=3.753x108N?mmEE2—2截面：M'2-2=8Cza1m0g(10H3.5-14H2.5h+4h3.5)e175H2.5

8x0.5x0.3353x20065.3x9.81()二x110x213003.5一14x213002.5x2000+4x20003.5丿175x213002.5=2.791x108N-mmM2-2=1.25M'2-2=1.25x2.791x108=3.489x108N-mmEE6。4風(fēng)載荷計算6.4.1風(fēng)力計算(1)風(fēng)振系數(shù)各計算塔段的風(fēng)振系數(shù)由式K=1+匚“①zi計算。計算結(jié)果列于表6。1。2ifi表6。1風(fēng)振系數(shù)塔段號12345計算截面距地面高度hit/m1471013脈動增大系數(shù)Z（B類）1.47脈動影響系數(shù)Vi（B類）0。720.720。720。720.72振型系數(shù)①zi0.0160。03750.4020.7531風(fēng)壓高度變化系數(shù)fi（B類）0.160.640.881。001。08匚V①K=1+iz^1。10581。0621.48351.79701.98002ifi（2）有效直徑Dei設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成90°角，取平臺構(gòu)建的投影面積ZA=0.5m2，則d取下列ei計算值中的較大者.D=D+25+K+KD=D+28+K+d+28TOC\o"1-5"\h\zeioisi34eioisi40ps式中，塔和管線的保溫層厚度5=5=100mm,塔頂管線外徑sips2XAd=862mm，K=400mm，K=—034li各塔段Dei計算結(jié)果列于表6.2。表6。2各塔段有效直徑Dei塔段號123456塔段長度li100010002000300030003000K3400

K=2工A/'l4i00500333333333D377837784278411141114111ei(3)水平風(fēng)力計算由下使計算各塔段的水平風(fēng)力pi=KK12iqflDx10-6(N)；0iieiH廠Ft7-、/、、⑹,-T~f各段有大參數(shù)及計算結(jié)果列于衣6.3。表6.3各塔段水平風(fēng)力計算結(jié)果塔段號123456K.10。7K2i1.0811。0921。2491。6162.1172.532q0/(N/m2)300f.10。640.81。01。231.391。52l/mm100010002000300030003000Dei/mm377837784278411141114111P./N1548.4644.62244。15147.97621.29967.76。4.2風(fēng)彎矩計算風(fēng)彎矩由下式計算:(l、l)l)/+i+1+pl+l+i+2|+???+pl+l+l+???+nIi2丿i+2(ii+12丿n、ii+1i+22丿M1-1=pl+Pwi2i+10—0截面:lM0-0=p-Tw122l\++???+pl+l+l2丿l)~~62丿二548.4x竺2+644.6xf1000+'+2244.1x(2000\1000+1000+(2丿(3000\(2)+5147.9x+7621.2x(3000\(2)(3000、1000+1000+2000+3000+3000+一I2+9967.7x二2.16x1081—1截面:M1-1=P+Pw223fl+J}f+P\22丿41l122丿f3000、f3000)1000+2000++7621.2x1000+2000+3000+12丿2丿+5147.9x+9967.7x+2000]+2244.1x1000二644.6x竺‘1000+2000+3000+3000+3000=2.9x108N-mm2—2截面:=2.9x108N-mm2—2截面:lM2-2=P十w32fl\l+l+l+l+5+Pl+l(12342丿二2244.1x35002+5147.9x3500+7500\+7621.2xf7500\3500+7500+I2丿=3.75x108N-mmI2丿+9967.7xf3500+7500+7500+7500'6.5各種載荷引起的軸向應(yīng)力6。5。1計算壓力引起的軸向應(yīng)力壓力引起的軸向應(yīng)力6為：b1=—=0.97x2000=80.83MPa114S4x6e6。5。2操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力0-0截面軸向壓應(yīng)力o2：m0-0gb0-0=02Am0-0gb0-0=02Asbm0-0ge—兀DSises1-1截面軸向壓應(yīng)力°2：mi-igbi-i=0——2Asmm1-1g—0—Asm(20065?3-341)x空=-3.84Mpa50441式中:A—

sm裙座人孔處截面的即積，由式得20065?3X9?81=-5.2MPa3.14x2000x6Asm40162-20002)=Asm2—2截面軸向壓應(yīng)力o2：m2-2gm2-2gb2-2=0=0—-2A兀DSsmie(20065?3-341-341)x9?81=-5.05Mpa3.14x2000x66.5.3最大彎矩引起的軸向應(yīng)力最大彎矩Mi-i最大彎矩Mi-i取下式計算值中最大值：＜maxMi-imaxMi-imax=Mi-iw=Mi-i+0.25Mi-iEw計算結(jié)果如表6.4。表6。4最大彎矩引起的軸向應(yīng)力截面0—01-12—2MM(N?mm)4.81x1084。54x1084.29x108各危險截面的b3計算如下:M0-0b0—M0-0b0—0=±m(xù)ax3Zsb±4.81x108xD2S4ises±4.81x108±0.785x20162x6=±26.3MPa=±34.83MPaM1-14.54x10=±34.83MPab1-1=±m(xù)a^=±——3Z0.785x16606000sm式中Z裙座人孔處截面的抗彎截面系數(shù)，由式得smZ=16606000mm3。sm

MPaM2-2M2-24.29X108MPaG2-2=+=+max=+=+22.783Z兀xdy0?785x20002x6xD2S4ie6。6筒體的強度與穩(wěn)定性校核筒體危險截面2-2處的最大組合軸向拉應(yīng)力Q2-2max組拉q2-2=q1+a2-2+a2-2=80.83-4.12+22.78=99.41MPaTOC\o"1-5"\h\zmax組拉23軸向許用應(yīng)力：K[a]t?=1.2x132x0.85=134.64MPa因為Q2-2<K[q]tp，故滿足強度條件。max組拉筒體危險截面2-2處的最大組合軸向壓應(yīng)力Q2-2:max組壓Q2-2=q2-2+Q2-2=-4.12—22.78=-26.9MPamax組壓23許用軸向壓應(yīng)力:[q]crKB]取其中較小值Kla]t按GB150《鋼制壓力容器》組合的規(guī)定，由0.094R..Sie0.0941150/6=0.00049取取[q]=60MPacr查相應(yīng)的材料圖得B=50MPa貝艸KB=1.2x50=60MPaK[Q]t=1.2x170=204MPa因為Q0-0max組壓Q1-1max組壓r.c故滿足穩(wěn)定性條件.第7章全廠平面布置7.1全廠平面布置的任務(wù)全廠平面設(shè)計為本設(shè)計的一項重要任務(wù)，總平面設(shè)計的是否合理，直接影響新建廠能否節(jié)約而有效的順利進行，影響到建廠后的生產(chǎn)，管理，成本，能耗等各個方面,同時還影響到全廠的美觀和今后的發(fā)展.總平面設(shè)計任務(wù)：在滿足生產(chǎn)流程條件下，結(jié)合廠區(qū)地形情況經(jīng)濟合理的安排場內(nèi)外各建筑物、構(gòu)筑物、堆場等的相對位置；經(jīng)濟合理的豎向布置，正確選擇標(biāo)高；確定場內(nèi)外運輸方式、運輸布置，合理組織人流、物流；布置綜合管線；標(biāo)高綠化美化，考慮衛(wèi)生、消防條件，創(chuàng)造美好的工作條件。7.2全廠平面設(shè)計的原則全廠總平面設(shè)計的基本原則為建筑物之間相互配置應(yīng)符合生產(chǎn)程序的要求，并能保證合理生產(chǎn)作業(yè)線；原材料、半成品、成品的生產(chǎn)作業(yè)線應(yīng)銜接協(xié)調(diào)，流程疏通，避免交叉和往返；廠內(nèi)一切運輸系統(tǒng)布置應(yīng)適合貨物運轉(zhuǎn)的特征，盡可能使貨運路線和人員路線不交叉；適當(dāng)劃分廠區(qū)，建筑物之間的距離盡量縮小，但必須符合防火和衛(wèi)生技術(shù)條件的要求；在保證安全生產(chǎn)的前提下力求縮小廠房戰(zhàn)地面積，廠房布置盡量緊湊，根據(jù)生產(chǎn)的特點和設(shè)計擬建的工廠為中小型企業(yè)的情況，將工廠劃分為幾個區(qū)域,并按照區(qū)域進行布置，以保證各區(qū)域之間位置的協(xié)調(diào)配合，并符合衛(wèi)生防疫和環(huán)境美化。7.3全廠平面布置內(nèi)容全廠應(yīng)主要包括廠前區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、動力區(qū)、倉庫區(qū)、三廢處理區(qū).

廠前區(qū)：包括行政樓、研發(fā)樓、職工食堂、醫(yī)務(wù)室等主要建筑.生產(chǎn)區(qū)：應(yīng)包括七大車間：原料車間、熱電車間、造氣車間、壓縮車間、碳化車間、合成車間和尿素車間。還應(yīng)有備件庫、機修車間、消防車間等輔助車間。動力區(qū)：包括變電站、鍋爐房等.他們盡量靠近其服務(wù)的車間。這樣可以減少管路的鋪設(shè)和運輸過程的損耗。倉庫區(qū)：應(yīng)靠近主干道以便于運輸。7。4全廠平面布置的特點平面布置有以下幾個特點：廠房建筑物的布置與生產(chǎn)工藝流程相適應(yīng)?原料、半成品和成品形成整個順序，盡量保證流水作業(yè)，避免逆行和交叉；鍋爐房、水泵房、配電站等輔助車間盡量靠近其主要部門，以縮短期間距離，節(jié)省投資；由前區(qū)到生產(chǎn)區(qū)主要干道，應(yīng)避免與主要運輸?shù)缆方徊?；盡量使大多數(shù)廠房向陽、背風(fēng)、避免瓦斯等，盡可能使各廠區(qū)有條件采用自然采光和自然通風(fēng)等；按防火規(guī)范的要求，保證建筑物之間的距離，符合規(guī)定;根據(jù)衛(wèi)生規(guī)范的要求，保證廠區(qū)內(nèi)衛(wèi)生符合規(guī)定；根據(jù)環(huán)境發(fā)展的要求，生產(chǎn)區(qū)設(shè)在有廢渣處理系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、廢氣處理系統(tǒng)等設(shè)施；考慮工廠今后的發(fā)展，在廠區(qū)留有建筑余地；盡量做到以生產(chǎn)區(qū)為軸線，再考慮輔助車間、行政樓和道路的安排。7.5全廠平面布置本設(shè)計中的設(shè)備主要有：反應(yīng)器1個，精餾塔2個，緩沖罐2個，泵6個，各種換熱設(shè)備共14個，回流槽2個，收集槽1個，閃蒸罐與蒸發(fā)器各1個。主設(shè)備有：反應(yīng)器、精餾塔、緩沖罐、收集槽、閃蒸罐等.輔助設(shè)備有：換熱設(shè)備、泵、回流槽、蒸發(fā)器。主要設(shè)備的布置主要設(shè)備在布置時，可以根據(jù)物料流程來放置，依次為：進料閃蒸罐、二甲醚反應(yīng)器、二甲醚精餾塔進料緩沖罐、收集槽、二甲醚精餾塔、甲醇精餾塔、甲醇緩沖罐。輔助設(shè)備的布置1）泵本設(shè)計中有6個泵，而泵在運行過程中，產(chǎn)生的無論是噪音還是震動，都比較大。特別是產(chǎn)生的震動，對各種設(shè)備都具有一定的影響?所以，泵應(yīng)盡量不要分散放置。

本設(shè)計中有6個泵，可以放置在一起。2）其他輔助設(shè)備對于各種換熱設(shè)備如冷凝器等，可以根據(jù)物料的流程進行放置。放置時，各個管線不能縱橫交錯，要規(guī)則放置?同時，管線應(yīng)盡量短，以減少費用。第8章總結(jié)討論8.1設(shè)計主要完成任務(wù)1）二甲醚制取全過程的物料及能量衡算2）二甲醚精餾塔的選型計算3）輔助設(shè)備的計算4）二甲醚精餾塔塔內(nèi)件機械強度設(shè)計及校核5）繪制PID圖、PFD圖、精餾塔裝配圖、車間布置圖8。2設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論本次設(shè)計制取二甲醚的方法選用了甲醇?xì)庀喾?，甲醇?xì)庀喾ㄖ迫《酌训膬?yōu)點：（1）生產(chǎn)二甲醚的原料可為精甲醇或粗甲醇，蒸汽消耗和生產(chǎn)成本較低.（2）二甲醚反應(yīng)器是多段冷激式固定床，催化劑裝填容量大，反應(yīng)溫度低，副反應(yīng)少,裝置易大型化。（3）采用先進塔器內(nèi)件和分離工藝，回收效果好，流程簡化，醇耗低。二甲醚的精餾采用的是篩板精餾塔，采用篩板精餾塔的原因主要是其具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低，生產(chǎn)能力較大，氣體分撒均勻，傳質(zhì)效率較高等優(yōu)點，但也有操作彈性小、篩孔小易堵塞等缺點.由塔板負(fù)荷性能圖可以看出，在本設(shè)計中的塔板的設(shè)計點在正常操作范圍內(nèi)，氣液兩相流量的變化對塔板效率影響不大，可以獲得較理想的塔板效率。參考文獻魏文德.有機化工原料大全(第二卷)[M]。北京：化學(xué)工業(yè)出版社。1989:177張正國.二甲醚(DME)生產(chǎn)技術(shù)及傳統(tǒng)工藝優(yōu)