16萬(wàn)噸年催化重整裝置脫戊烷塔的計(jì)算設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）目 錄前 言 .1第一章 脫戊烷精餾塔概述 .21.1 概述 .21.2 精餾塔設(shè)計(jì)原則 .21.3 設(shè)計(jì)方案 .31.3.1 塔設(shè)備的選型 .31.3.2 板式塔精餾操作流程.41.3.3 分離序列的選擇 .51.3.4 產(chǎn)品純度或回收率 .51.3.5 能量的利用 .51.3.6 輔助設(shè)備的選擇 .61.3.7 系統(tǒng)控制方案 .61.4 操作條件的選擇 .71.4.1 操作壓力 .71.4.2 進(jìn)料狀態(tài) .71.4.3 加熱劑和加熱方法 .81.4.4 冷卻劑 .81.4.5 回流比 .9第二章 脫戊烷塔體的設(shè)計(jì) .102.1 脫戊烷塔材料的選擇 .102.2 脫戊烷

2、塔設(shè)計(jì)參照標(biāo)準(zhǔn) .11第三章 脫戊烷塔的強(qiáng)度校核.123.1 自振、風(fēng)載及地震載荷分析.123.2 筒體和封頭的強(qiáng)度校核 .153.2.1 筒體的強(qiáng)度校核 .153.2.2 橢圓封頭的校核 .24畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）3.3 開(kāi)孔及接管的強(qiáng)度校核 .293.3.1 人孔開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算及接管的校核.293.3.2 塔底出料口的開(kāi)孔及接管補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算.323.3.3 塔頂油氣出口管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算及校核.353.4 裙座的強(qiáng)度計(jì)算和校核 .383.4.1 裙殼對(duì)接焊縫拉應(yīng)力計(jì)算.383.4.2 裙殼的應(yīng)力計(jì)算 .403.4.3 螺栓座的強(qiáng)度校核 .42第四章 塔的零部件設(shè)計(jì) .454.1 板式塔塔盤(pán)的結(jié)

3、構(gòu) .454.1.1 選取塔盤(pán)形式 .454.1.2 降液管 .454.1.3 受液盤(pán) .464.1.4 溢流堰 .464.2 浮閥的類(lèi)型 .464.2.1 重盤(pán)式浮閥 .464.2.2 盤(pán)式浮閥 .464.2.3 錐心浮閥 .474.3 裙座 .474.3.1 裙座的材料 .4744 塔頂?shù)踔?.484.5 操作平臺(tái)和梯子 .484.5.1 操作平臺(tái) .484.5.2 梯子 .48結(jié) 論.50參考文獻(xiàn) .51致 謝.52畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 0 頁(yè)前 言石油是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展國(guó)家穩(wěn)定的命脈。在石油、化工生產(chǎn)中，塔設(shè)備是非常重要的設(shè)備之一，塔設(shè)備的性能，對(duì)于整個(gè)化工和煉油裝置的產(chǎn)品質(zhì)量及其

4、生產(chǎn)能力和消耗額等均有較大影響。據(jù)相光關(guān)資料報(bào)道，塔設(shè)備的投資和金屬用量，在整個(gè)工藝裝置中均占較大比例，因此塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，始終受到很大的重視。塔設(shè)備廣泛應(yīng)用于蒸餾、吸收、介吸、萃取、氣體的洗滌、 增濕及冷卻等單元操作中，它的操作性能好壞，對(duì)整個(gè)裝置的生產(chǎn)，產(chǎn)品產(chǎn)量，質(zhì)量，成本以及環(huán)境保護(hù)，“三廢”處理等都有較大的影響。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)它的研究也比較多，但主要是集中在常壓塔的結(jié)構(gòu)和性能方面，例如：如何提高塔的穩(wěn)定性、如何利用理論曲線(xiàn)解決常壓塔在性能方面存在的問(wèn)題等。在原油的一次加工過(guò)程中，常壓蒸餾裝置是每個(gè)正規(guī)煉廠(chǎng)都必須具備的，而其核心設(shè)備 常壓塔的性能狀況將直接影響煉廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，由于

5、在原油加工的第一步中，它可以將原油分割成相應(yīng)的直餾汽油，煤油，輕柴油或重柴油餾分及各種潤(rùn)滑油餾分等。同時(shí)，也為原油的二次加工提供各種原料。在進(jìn)一步提高輕質(zhì)油的產(chǎn)率或改善產(chǎn)品的質(zhì)量方面，都有著舉足輕重的地位?？紤]到常壓塔在實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值和意義，如何實(shí)現(xiàn)這樣一種最經(jīng)濟(jì)、最容易的分離手段，是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選題的重要依據(jù)。近年來(lái)，由于石油、化工企業(yè)不斷向大型化的生產(chǎn)發(fā)展，因此塔設(shè)備的單臺(tái)規(guī)模也隨之增大。例如：有的板式塔的直徑可達(dá)10m 以上，塔的總高度可達(dá)到 80m，而填料塔更有直徑為 15m ,塔高為 100m 的大塔已經(jīng)投產(chǎn)。應(yīng)當(dāng)指出，設(shè)備大型化后，必須保證它在全負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，否則經(jīng)濟(jì)損失將是非常

6、巨大的。對(duì)于大型設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、操作和維修等，應(yīng)提出更高、更嚴(yán)格的要求。常壓塔的研究也趨向于結(jié)構(gòu)材料的探索，提高設(shè)備的使用周期，主要體現(xiàn)在所選擇材料的防腐性和一些防腐材料的研究，同時(shí)也著眼于設(shè)備的安去性和環(huán)保性，以上這些都成為了當(dāng)今常壓塔研究的熱門(mén)課題。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 1 頁(yè)第一章 脫戊烷精餾塔概述1.1 概述蒸餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝達(dá)到輕重組分分離的方法。蒸餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性，對(duì)選擇、設(shè)計(jì)和分析分離過(guò)程中的各種參數(shù)是非常重要的。 蒸餾過(guò)程按操作方式

7、可分為間歇蒸餾和連續(xù)蒸餾。間歇蒸餾是一種不穩(wěn)態(tài)操作，主要應(yīng)用于批量生產(chǎn)或某些有特殊要求的場(chǎng)合；連續(xù)蒸餾為穩(wěn)態(tài)的連續(xù)過(guò)程，是化工生產(chǎn)常用的方法。蒸餾過(guò)程按蒸餾方式可分為簡(jiǎn)單蒸餾、平衡蒸餾、精餾和特殊精餾等。簡(jiǎn)單蒸餾是一種單級(jí)蒸餾操作，常以間歇方式進(jìn)行。平衡蒸餾又稱(chēng)閃蒸，也是一種單級(jí)蒸餾操作，常以連續(xù)方式進(jìn)行。簡(jiǎn)單蒸餾和平衡蒸餾一般用于較易分離的體系或分離要求不高的體系。對(duì)于較難分離的體系可采用精餾，用普通精餾不能分離體系則可采用特精餾。特殊精餾是在物系中加入第三組分，改變被分離組分的活度系數(shù)，增大組分間的相對(duì)揮發(fā)度，達(dá)到有效分離的目的。特殊精餾有萃取精餾、恒沸精餾和鹽溶精餾等。 精餾過(guò)程按操作壓

8、強(qiáng)可分為常壓精餾、加壓精餾和減壓精餾。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)總壓強(qiáng)增大時(shí)，平衡時(shí)氣相濃度與液相濃度接近，對(duì)分離不利，但對(duì)在常壓下為氣態(tài)的混合物，可采用加壓精餾。1.2 精餾塔設(shè)計(jì)原則總的原則是盡可能多地采用先進(jìn)的技術(shù)，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，具體考慮以下幾點(diǎn)。 滿(mǎn)足工藝和操作的要求：所設(shè)計(jì)出來(lái)的流程和設(shè)備能保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。由于工業(yè)上原料的濃度、溫度經(jīng)常有變化，因此設(shè)計(jì)的流程與設(shè)備需要一定的操作彈性，可方便地進(jìn)行流量和傳熱量的調(diào)節(jié)。設(shè)置必需的儀表并安裝在適宜部位，以便能通過(guò)這些儀表來(lái)觀測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程。 滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)上的要求：要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少

9、設(shè)備與基建的費(fèi)用，畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 2 頁(yè)如合理利用塔頂和塔底的廢熱，既可節(jié)省蒸汽和冷卻介質(zhì)的消耗，也能節(jié)省電的消耗。回流比對(duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均有很大的影響，因此必須選擇合適的回流比。冷卻水的節(jié)省也對(duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用有影響，減少冷卻水用量，操作費(fèi)用下降，但所需傳熱設(shè)備面積增加，設(shè)備費(fèi)用增加。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。 保證生產(chǎn)安全：生產(chǎn)中應(yīng)防止物料的泄露，生產(chǎn)和使用易燃物料車(chē)間的電器均應(yīng)為防爆產(chǎn)品。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然的破壞，塔設(shè)備應(yīng)具有一定剛度和強(qiáng)度。1.3 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案包括精餾流程、設(shè)備的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和操作參數(shù)等的確定。例如塔設(shè)備的形式、組分

10、的分離順序（多組分體系） 、操作壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔頂蒸氣的冷凝方式、余熱利用的方案、安全、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和測(cè)量控制儀表的設(shè)置等。限于篇幅，僅對(duì)其中一些內(nèi)容作些闡述，其他內(nèi)容可見(jiàn)參考文獻(xiàn)。1.3.1 塔設(shè)備的選型化工生產(chǎn)所處理的原料、中間產(chǎn)物、粗產(chǎn)品等幾乎都是混合物，而且絕大部分是均相物系。為實(shí)現(xiàn)從這些混合物中得到所需的產(chǎn)品，通常會(huì)將混合物分離。而分離后得到的較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)的方法，則通常使用精餾。精餾操作一般是在塔中進(jìn)行的，可用板式塔亦可用填料塔。考慮到板式塔與填料塔相比較，在壓降、空塔氣速、塔效率、液 -氣比、持液量、安裝檢修等方面有 著更為優(yōu)秀的一面，對(duì)于物系無(wú)特殊工藝特性要求，且生產(chǎn)能

11、力不是過(guò)小的精餾操作，選板式塔作為本次設(shè)計(jì)課題 年產(chǎn) 16 萬(wàn)噸精餾產(chǎn)品的精餾塔設(shè)備。不同類(lèi)型的板式塔，例如泡罩塔、浮閥塔、噴射型塔、多降液管塔、無(wú)溢流塔等，均有自身的特點(diǎn)，各有適合的場(chǎng)合。任何一種類(lèi)型的塔都難以同時(shí)滿(mǎn)足上述的要求，因此，我們只能根據(jù)精餾物系的性質(zhì)和要求，結(jié)合實(shí)際，通過(guò)幾項(xiàng)主要指標(biāo)的分析比較，選取一種相對(duì)適宜的塔型。我們選取板式塔中的浮閥塔作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。浮閥塔是20 世紀(jì) 50 年代前后開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的，并在石油、化工等工業(yè)部門(mén)代替了傳統(tǒng)使用的泡罩塔，成為畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 3 頁(yè)當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的塔型之一，并因具有優(yōu)異的綜合性能，在設(shè)計(jì)和選用塔型時(shí)常是被首選的板式塔。浮閥塔塔

12、盤(pán)上開(kāi)有一定形狀的閥孔，孔中安裝了可在適當(dāng)范圍內(nèi)上下浮筒的閥片，因而可適應(yīng)較大的氣相負(fù)荷的變化。閥片的形狀有圓形、矩形等。實(shí)踐證明，浮閥塔具有以下優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大，比泡罩塔提高20-40%。操作彈性大，在較寬的氣相負(fù)荷范圍內(nèi)，塔板效率變化較小，其操作彈性較篩板塔有較大的改善。塔板效率較高，因?yàn)樗臍庖航佑|狀態(tài)較好，且氣體沿水平方向吹入液層，霧沫夾帶較小。塔板結(jié)構(gòu)及安裝較泡罩簡(jiǎn)單，重量較輕，制造費(fèi)用低，僅為泡罩塔的60%-80%左右。浮閥塔的缺點(diǎn)為：在氣速較低時(shí)，仍有塔板漏液，故低氣速時(shí)板效率有所下降。浮閥閥片有卡死和吹脫的可能，這會(huì)導(dǎo)致操作運(yùn)轉(zhuǎn)及檢修的困難。塔板壓力降較大，妨礙了它在高氣相負(fù)荷

13、及真空塔中的應(yīng)用。浮閥塔操作時(shí)氣、液兩相的流程與泡罩塔相似，蒸汽從閥孔上升，頂開(kāi)閥片，穿過(guò)環(huán)型縫隙，然后以水平方向吹入液層，形成泡沫。浮閥能隨氣速的增減在相當(dāng)寬的氣速范圍內(nèi)自由升降，以保持穩(wěn)定的操作。1.3.2 板式塔精餾操作流程板式精餾塔是一個(gè)在內(nèi)部設(shè)置多塊塔板的裝置。全塔各板自塔底向上氣相中易揮發(fā)組分濃度逐板增加；自塔頂向下液相中易揮發(fā)組分濃度逐板降低。溫度自下而上逐板降低。在板數(shù)足夠多時(shí)，蒸汽經(jīng)過(guò)自下而上的多次提濃，由塔頂引出的蒸汽幾乎為純凈的易揮發(fā)組分，經(jīng)部分冷凝，未凝蒸汽作為塔頂產(chǎn)品（或冷凝為餾出液），部分冷凝液引回到最上層的塔板上，稱(chēng)為回流。液體經(jīng)過(guò)自下而上多次變稀，經(jīng)部分汽化器（

14、常稱(chēng)為再沸器）后所剩余的液體幾乎純凈難揮發(fā)組分，作為塔底產(chǎn)品（亦稱(chēng)為釜液） ，部分汽化所得蒸汽引入最下層板上。當(dāng)某塊塔板上的濃度與原料的濃度相近或相等時(shí)，料液就由此板引入，該畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 4 頁(yè)板稱(chēng)為加料板。其上的部分稱(chēng)為精餾段，加料板及其以下的部分稱(chēng)為提餾段。精餾段起著使原料中易揮發(fā)組分增濃的作用。提餾段則起著回收原料中易揮發(fā)組分的作用。精餾是組分在氣相和液相間的傳質(zhì)過(guò)程，任意塔板若缺少氣相或液相，過(guò)程將無(wú)法進(jìn)行。對(duì)塔頂?shù)谝粚影逵衅湎碌诙影迳仙谜羝?，缺少下降液體，回流正是為第一層板提供下降液。由第二層塔板上升的蒸汽濃度已經(jīng)相當(dāng)高了，依相平衡原理，與氣相接觸的液相濃度亦應(yīng)很高才

15、行。顯然，用塔頂冷凝器的一部分作為回流液是最簡(jiǎn)單的方法。塔底最下一塊塔板雖有其上一塊塔板流下的液體，為保證操作進(jìn)行還要有上升的蒸汽，根據(jù)相平衡原理要求與塔板上液體接觸的蒸汽濃度亦應(yīng)很低。因此將再沸器部分汽化之蒸汽引入最下一層塔板，正是為他提供低濃度上升蒸氣。塔頂回流、塔底上升蒸汽是保證精餾過(guò)程連續(xù)、穩(wěn)定操作的充分必要條件。1.3.3 分離序列的選擇 對(duì)于二元混合物采用一個(gè)精餾塔分離，分別從塔頂、塔底獲得輕、重組分產(chǎn)品，顯然分離序列唯一。 N 個(gè)組分的混合物采用簡(jiǎn)單精餾塔進(jìn)行銳分離可獲取 N 個(gè)產(chǎn)品，則需要 N-1 個(gè)塔。通過(guò)不同的組合，可得到 2（N-1） !/N!(N-1)!個(gè)分離序列。不同

16、的分離序列其操作費(fèi)用及設(shè)備投資費(fèi)用不同，故選擇分離序列是必要的，也是混合物分離節(jié)能降耗的關(guān)鍵。通常情況下多采用順序分流。然而，由于相鄰組分之間的相對(duì)揮發(fā)度及其他參數(shù)存在較大差異并非如此。故在設(shè)計(jì)流程方案時(shí)，應(yīng)結(jié)合一些經(jīng)驗(yàn)規(guī)則和方法確定。 （詳情請(qǐng)看參考文獻(xiàn)）1.3.4 產(chǎn)品純度或回收率產(chǎn)品純度通常是根據(jù)客戶(hù)的要求決定的。若客戶(hù)對(duì)精餾塔頂和塔底產(chǎn)品的純度都有要求，則產(chǎn)品的回收率也已確定；若用戶(hù)僅指定其中一種產(chǎn)品的純度，設(shè)計(jì)人員則可根據(jù)經(jīng)濟(jì)分析決定產(chǎn)品的回收率。提高產(chǎn)品的純度意味著提高產(chǎn)品的回收率，可獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。但是產(chǎn)品純度的提高或者是通過(guò)增加塔板數(shù)或者是增加回流比來(lái)達(dá)到的，這意味著設(shè)備費(fèi)

17、用或操作費(fèi)用的增加，因此只能通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析來(lái)決定產(chǎn)品的純度或回收率。1.3.5 能量的利用畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 5 頁(yè)精餾過(guò)程是熱能驅(qū)動(dòng)的過(guò)程，過(guò)程的耗能在整個(gè)生產(chǎn)耗能中占有相當(dāng)大的比重，例如煉油廠(chǎng)精餾所消耗的燃料，通?？蛇_(dá)全廠(chǎng)燃料總耗量的15%-40%。能耗在產(chǎn)品成本中占據(jù)重要位置，而產(chǎn)品的單位能耗是考核產(chǎn)品的重要指標(biāo)，直接影響產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力及企業(yè)的生存，故合理、有效地利用能量，降低精餾過(guò)程或生產(chǎn)系統(tǒng)能耗量是十分必要的。精餾過(guò)程的節(jié)能采用分離序列綜合的方法，通?？捎靡韵虏呗裕海?）精餾操作參數(shù)的優(yōu)化：在保證分離要求和生產(chǎn)能力的條件下，通過(guò)優(yōu)化操作參數(shù)，以減少回流比，降低能耗。（2）精餾系統(tǒng)

18、的能量集成：通過(guò)再沸器將能量分離劑加入精餾塔內(nèi)，熱能驅(qū)動(dòng)蒸餾過(guò)程后，引起有效能損失，即能位降低。大部分熱量從塔頂冷凝器移出，少量由塔兩端產(chǎn)品帶出，并將熱量排入大氣或環(huán)境中，顯然這是不合理的，應(yīng)通過(guò)能量集成的方法將其進(jìn)行回收。如果在系統(tǒng)內(nèi)有多個(gè)精餾塔或有適宜熱阱，即需要加熱的冷物流，則可將以上排出的熱量進(jìn)行回收。通常可以用排出的釜液預(yù)熱該塔進(jìn)料，也可結(jié)合物系性質(zhì)，通過(guò)調(diào)整塔自身操作條件或其他塔的操作條件，使其塔頂蒸汽溫位滿(mǎn)足另一塔再沸器熱源的需要，以取代原加熱蒸汽，使該部分熱量得到回收，同時(shí)還節(jié)省了原塔頂冷凝器的冷卻水，實(shí)現(xiàn)了過(guò)程的能量集成，此類(lèi)操作稱(chēng)之為多效蒸餾。有時(shí)為回收低品位熱量或熱劑，集

19、合精餾塔內(nèi)溫度分布的特點(diǎn)，可設(shè)中間冷凝器或中間再沸器，以節(jié)省高品位的冷劑或熱源，減少系統(tǒng)的有效能損失，提高精餾過(guò)程的熱力學(xué)效率。但是由于增設(shè)了中間冷凝器或中間再沸器，造成了塔內(nèi)氣液相流動(dòng)狀態(tài)的變化，削弱了塔的分離能力，在設(shè)計(jì)或改造精餾塔時(shí)應(yīng)加以重視，塔的理論級(jí)數(shù)應(yīng)留有足夠裕量，以保證精餾塔的分離能力。1.3.6 輔助設(shè)備的選擇 精餾裝置除了精餾塔主體設(shè)備外，還有許多其他重要輔助設(shè)備。例如，原料預(yù)熱器、精餾塔再沸器及冷凝器、塔頂及塔底產(chǎn)品的冷卻器、物料進(jìn)入裝置前應(yīng)有原料罐、排出裝置后的產(chǎn)品罐。此外裝置中間有時(shí)需設(shè)中間罐、物料在系統(tǒng)中流動(dòng)顯然還必須有輸送泵。1.3.7 系統(tǒng)控制方案 為了維持系統(tǒng)安

20、全穩(wěn)定的操作，有些主要參數(shù)應(yīng)加以控制。通常需要對(duì)進(jìn)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 6 頁(yè)入系統(tǒng)的原料流量、精餾塔的回流量、系統(tǒng)各中間罐的液面及塔操作壓力和溫度加以控制，對(duì)于連續(xù)安全生產(chǎn)的參數(shù)可采用指示儀表，而不必設(shè)自動(dòng)控制。1.4 操作條件的選擇當(dāng)以上原則流程確定之后，應(yīng)選擇各單元設(shè)備的操作條件初值，以便系統(tǒng)的嚴(yán)格模擬計(jì)算及操作參數(shù)的優(yōu)化。操作條件的選擇通常以物系的性質(zhì)、分離要求等工藝條件以及所能提供的公共工程實(shí)際條件作為前提，以達(dá)到某一目標(biāo)為最優(yōu)來(lái)選擇適宜操作條件。在精餾裝置中，首先選擇精餾塔的操作條件，其他單元設(shè)備操作條件隨之而定。同時(shí)，還要考慮本裝置與上、下游裝置銜接的工況。精餾塔操作條件的選

21、擇通常從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。1.4.1 操作壓力塔內(nèi)操作壓力的選擇不僅牽涉到分離問(wèn)題，而且與塔頂和塔底溫度的選取有關(guān)。根據(jù)所處理的物料性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來(lái)綜合考慮，一般有下列原則： （1）壓力增加可提高塔的處理能力，但會(huì)增加塔身的壁厚，導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用增加；壓力增加，組分間的相對(duì)揮發(fā)度降低，回流比或塔高增加，導(dǎo)致操作費(fèi)用或設(shè)備費(fèi)用增加。因此如果在常壓下操作時(shí)，塔頂蒸氣可以用普通冷卻水進(jìn)行冷卻，一般不采用加壓操作。操作壓力大于 1.6MPa 才能使普通冷卻水冷卻塔頂蒸氣時(shí)，應(yīng)對(duì)低壓、冷凍劑冷卻和高壓、冷卻水冷卻的方案進(jìn)行比較后，確定適宜的操作方式。 （2）考慮可利用較低品位的

22、冷源使蒸氣冷凝，且壓力提高后不致引起操作上的其他問(wèn)題和設(shè)備費(fèi)用的增加，可以使用加壓操作。 （3）真空操作不僅需要增加真空設(shè)備的投資和操作費(fèi)用，而且由于真空下氣體體積增大，需要的塔徑增加，因此塔設(shè)備費(fèi)用增加。1.4.2 進(jìn)料狀態(tài)進(jìn)料可以是過(guò)冷液體、飽和液體、飽和蒸汽、汽液混合物或過(guò)熱蒸汽。不同的進(jìn)料狀態(tài)對(duì)塔的熱流量、塔徑和所需的塔板數(shù)都有一定的影響，通常進(jìn)料狀態(tài)由前一工序來(lái)的原料的狀態(tài)所決定。從設(shè)計(jì)角度來(lái)看，如果來(lái)的原料為過(guò)冷液體，則可考慮加設(shè)原料預(yù)熱器，將料液預(yù)熱至泡點(diǎn)，以飽和液體狀態(tài)進(jìn)料。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 7 頁(yè)這時(shí)，精餾段和提餾段的汽相流率相近，兩段的塔徑可以相同，便于設(shè)計(jì)和制造，

23、另外，操作上也比較容易控制，從而減少過(guò)冷進(jìn)料時(shí)再沸器熱流量，節(jié)省高品位熱能，降低系統(tǒng)的有效能損失，使系統(tǒng)能趨于合理。但是，預(yù)熱進(jìn)料導(dǎo)致提餾段氣、液相流量同時(shí)減少，從而引起提餾段液、氣比的增加，為此削弱了提餾段各板的分離能力，使其所需塔板數(shù)有所增加。1.4.3 加熱劑和加熱方法由于作為熱源的飽和水蒸汽相對(duì)比較容易生產(chǎn)、輸送、控制，并且具有較高的冷凝潛熱和較大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，所以，再沸器的熱源通常選擇飽和水蒸汽。如果再沸器熱源要求溫位過(guò)高，也可選擇其它加熱劑，加燃料加熱的導(dǎo)熱油等。如果在系統(tǒng)內(nèi)某些工藝熱物流的溫位及熱流量可以滿(mǎn)足再沸器的需要，也可選作加熱劑，回收系統(tǒng)的熱量，實(shí)現(xiàn)過(guò)程能量集成，降低系

24、統(tǒng)的熱量，實(shí)現(xiàn)過(guò)程能量集成，降低系統(tǒng)的能耗。在一般情況下，加熱劑不能與塔內(nèi)物料混合，故采用間壁式換熱器。但若釜液為水溶液，且水為難揮發(fā)組分時(shí)，可采用水蒸汽直接加熱。直接蒸汽加熱具有較高的傳熱效率，并且可省去再沸器，減少設(shè)備投資費(fèi)，且所用水蒸汽的溫位也可稍低一些。1.4.4 冷卻劑精餾塔常以循環(huán)冷卻水為冷卻劑，將熱量從塔頂冷凝器中移出。冷卻水進(jìn)口溫度，隨生產(chǎn)廠(chǎng)所在地全年氣象條件以及涼水塔能力而定。在設(shè)計(jì)中通常按夏天出涼水塔的水溫而定，使裝置在最?lèi)毫訔l件下也能正常運(yùn)行?？梢?jiàn)，在中國(guó)南方和北方就存在一定差別。冷卻水換熱后溫升一般在5-10或稍高一些，但出口溫度一般不超過(guò) 50左右。否則，溶于水中的有

25、些無(wú)機(jī)鹽將析出、結(jié)垢，影響傳熱效果。為便于清洗，循環(huán)冷卻水一般走冷凝器或冷卻器的管程。當(dāng)塔頂蒸汽的露點(diǎn)較低，循環(huán)冷卻水不能將其冷凝時(shí)，可適當(dāng)提高塔的操作壓力，使露點(diǎn)升高，從而可以選擇循環(huán)水為冷卻劑，降低操作費(fèi)用。如果壓力提高幅度較大，仍未滿(mǎn)足以上要求，則應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)燃?jí)的高品位冷劑作為冷凝器的冷卻劑。這些冷劑由制冷系統(tǒng)提供，其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于循環(huán)水。如果塔頂蒸汽溫度較高，可用于作為其他冷物流提高溫位的熱源，則既可省去冷卻劑，同時(shí)又回收了系統(tǒng)熱量，降低了生產(chǎn)的成本。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 8 頁(yè)1.4.5 回流比影響精餾操作費(fèi)用的主要因素是塔內(nèi)蒸氣量 V。對(duì)于一定的生產(chǎn)能力，餾出量 D 一定時(shí)， V

26、 的大小取決于回流比。實(shí)際回流比總是介于最小回流比和全回流兩種極限之間。由于回流比的大小不僅影響到所需理論板數(shù)，還影響到加熱蒸汽和冷卻水的消耗量，以及塔板、塔徑、蒸餾釜和冷凝器的結(jié)構(gòu)尺寸的選擇，因此，適宜回流比的選擇是一個(gè)很重要的問(wèn)題。 適宜回流比應(yīng)通過(guò)經(jīng)濟(jì)核算決定，即操作費(fèi)用和設(shè)備折舊費(fèi)之和為最低時(shí)的回流比為適宜回流比。但作為課程設(shè)計(jì)，要進(jìn)行這種核算是困難的，通常根據(jù)下面 3 種方法之一來(lái)確定回流比。 （1）根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體情況，參考生產(chǎn)上較可靠的回流比的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選定； （2）先求出最小回流比 Rmin，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取操作回流比為最小回流比的 1.12 倍，即 R（1.12）Rmin； （3）在

27、一定的范圍內(nèi)，選 5 種以上不同的回流比，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的理論塔板數(shù)，作出回流比與理論塔板數(shù)的曲線(xiàn)。當(dāng)R= Rmin 時(shí)，塔板數(shù)為；RRmin 后，塔板數(shù)從無(wú)限多減至有限數(shù)； R 繼續(xù)增大，塔板數(shù)雖然可以減少，但減少速率變得緩慢。因此可在斜線(xiàn)部分區(qū)域選擇一適宜回流比。上述考慮的是一般原則，實(shí)際回流比還應(yīng)視具體情況選定。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 9 頁(yè)第二章 脫戊烷塔體的設(shè)計(jì)2.1 脫戊烷塔材料的選擇2.2 脫戊烷塔設(shè)計(jì)參照標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)上述參考及規(guī)定，考慮到選浮伐塔作為本次課題所選設(shè)計(jì)方案。根據(jù)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì) 當(dāng)中的有關(guān)塔徑的工藝計(jì)算，再將得到的結(jié)果進(jìn)行圓整，得到的塔徑為 1200mm。將筒體分為三段，壁

28、厚分別為12mm、14mm 和16mm，塔板數(shù)為 40 塊。其中精餾段塔板數(shù)為 20 塊，提餾段塔板為 19 塊，裙座高度為 6800mm，具體設(shè)計(jì)參照 JB/T4710 標(biāo)準(zhǔn)。其中脫戊烷塔的封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭，參照標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002 設(shè)計(jì)；人孔的設(shè)計(jì)參照HG21520-2005 標(biāo)準(zhǔn)；塔頂?shù)踔脑O(shè)計(jì)參照HG/T21639-2005-45 標(biāo)準(zhǔn)；接管法蘭形式均采用 WN/RF 型式，具體參照 HG20615-97 標(biāo)準(zhǔn)。第三章 脫戊烷塔的強(qiáng)度校核塔設(shè)備大多安裝在室外，靠裙座底部的地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上，通常稱(chēng)為自支承式塔。除承受介質(zhì)壓力外，塔設(shè)備還承受各種重量（包括塔體、塔

29、內(nèi)件、介質(zhì)、保溫層、操作平臺(tái)、扶梯等附件的重量） 、管道推力、偏心載荷、風(fēng)載荷及地震載荷的聯(lián)合作用。由于在正常操作、停工檢修、壓力試驗(yàn)等三種工況下，塔所受的載荷并不相同，為了保證塔設(shè)備安全運(yùn)行，必須對(duì)其在這三種工況下進(jìn)行軸向強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 10 頁(yè)3.1 自振、風(fēng)載及地震載荷分析已知場(chǎng)地土類(lèi)別為 類(lèi)；地面粗糙度等級(jí)為 A；基本風(fēng)壓 q0為 400Pa；由于該塔設(shè)備為為細(xì)長(zhǎng)的圓柱形塔體結(jié)構(gòu)，所以體型系數(shù)k1=0.7；頂部管線(xiàn)直徑 do=0mm；頂部管線(xiàn)保溫層厚度 s=0mm,籠式扶梯與塔頂管線(xiàn)布置方式為180 度；地震設(shè)防裂度為 6 度，當(dāng)?shù)卣鸱懒讯葹?8 度或 9

30、度時(shí)塔器需考慮上下兩個(gè)方向垂直地震力作用，而本次課題當(dāng)中地震設(shè)防裂度為6 度，可以不考慮上下兩個(gè)方向垂直地震力作用；設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g；設(shè)計(jì)地震分組為第三組；地震影響最大系數(shù)max=0；地震作用時(shí)阻尼比i=0.01/0.01/0.01；橫風(fēng)作用時(shí)阻尼比 i=0.01/0.01；壓力試驗(yàn)種類(lèi)為液 壓試驗(yàn)；試驗(yàn)放置方式為臥式 /立式；由工藝計(jì)算的設(shè)備含基礎(chǔ)總高L34m；平均直徑D1.3m。根據(jù) GB150 中關(guān)于自振、風(fēng)載及地震載荷的分析得到結(jié)果如表3-1 所示： 表 3-1：自振、風(fēng)振基地震載荷分析質(zhì)量匯總12345678長(zhǎng) 度 li6300500500040004000353035

31、303530 mm殼體質(zhì)量 m012858.3 513.8 2399.0 1676.9 1676.9 1266.13 1266.3 1266.3 kg保溫質(zhì)量 m03904.0 101.15 523.08 417.20 417.20 367.07 367.07 367.07 kg塔盤(pán)質(zhì)量 m02100.0084.82 678.58 593.76 508.94 593.76 508.94 kg平臺(tái)質(zhì)量 m0410395.80419.970419.210419.21 kg籠梯質(zhì)量 m042252.08.00 104.00 156.0044.0076.00118.4029.20 kg附件質(zhì)量 ma7

32、14.58 128.6 599.77 419.15 419.15 316.53 316.53 316.53 kg介質(zhì)質(zhì)量 m050079.17 633.35 554.18 475.01 554.18 475.01 kg充水水質(zhì)量 mw0254.4 5654.8 4523.9 4523.9 3992.4 3992.4 3992.4 kg操作質(zhì)量 m04728.9 1147.3 3789.9 4400.8 3704.8 3428.9 3216.7 3382.0 kg水試質(zhì)量 mma4728.9 1401.7 9365.6 8291.8 7674.9 6946.2 6654.3 6899.2 kg最

33、小質(zhì)量 mmin4728.9 1147.3 3642.8 3224.6 2675.9 2546.4 2186.9 2499.4 kg殼體總質(zhì)量 m0114205.25 kg保溫總質(zhì)量 m033846.82 kg塔盤(pán)總質(zhì)量 m0213392.92 kg平臺(tái)總質(zhì)量 m0412073.45 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 11 頁(yè)kg籠梯總質(zhì)量 m042880.00 kg附件總質(zhì)量 ma3551.31 kg介質(zhì)總質(zhì)量 m053166.73 kg充水水總質(zhì)量 mw31158.32 kg操作總質(zhì)量 m0 = m01+m021+m022+m03+m041+m042+m05+ma+me31116.49 kg試驗(yàn)總

34、質(zhì)量 mma = m01+m021+m022+m03+m041+m042+mw+ma+me59108.08 kg最小質(zhì)量 mmin = m01+0.2(m021+m022)+m03+m041+m042+ma+me25235.42 kg振型分析數(shù)據(jù) 12345678長(zhǎng) 度 li6300.0 500.005000.0 4000.0 4000.00 3530.0 3530.0 3530.0 mm慣性矩 Ii1.591.509.117.677.676.256.256.25mm4彈性模量Ei1.861.861.961.961.961.961.961.96MPa質(zhì) 量 mi2938.1 2468.6409

35、5.3 4052.8 3566.9 3322.4 3299.0 3326.1 kg高 度 hi6300.0 6800.0 11800.0 15800.0 19800.0 23330.0 26860.0 30390.0mm振型值0.0390 0.04510.1380 0.2501 0.3888 0.5275 0.6764 0.8306自振周期1.3661s振型值-0.198 -0.2250.00000第 1 振型 自振周期 0.25200000000脈動(dòng)增大系數(shù) 2.68750-0.5247 -0.6841 -0.6629 -0.4531 -0.07260.4177脈動(dòng)影響系數(shù) i0.75643

36、振型系數(shù)zi0.0509 2.6875000000風(fēng)振系數(shù)K2i1.0841 0.0592 2.6875 2.68752.6875 2.68752.68752.6875平臺(tái)當(dāng)量寬度 K401.2536 0.7905 0.81140.8292 0.84220.85270.8533有效直徑 Dei1726.1 1.0964 0.17906 0.29663 0.43339 0.56092 0.76863 0.83800第 2 振型 水平風(fēng)力 Pi6097.2 3840.0 1.43846 1.53962 1.62592 1.69401 1.75201 1.80562畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 12 頁(yè)

37、水平風(fēng)力作用下塔頂饒度Y=158.42mm5566.1 1.2644 1.42011.5940 1.74942.00542.0643當(dāng)高度 H30m，且高度與平均直徑之比 H/D15 時(shí)，考慮橫風(fēng)向共振時(shí)風(fēng)載荷作用設(shè)計(jì)風(fēng)速 取頂部風(fēng)速 H, m/s頂部風(fēng)速 H=1.265 (ftq0)1/2=1.265(1.85680600)1/2=42.2230m/s臨界風(fēng)速計(jì)算,取斯特羅哈數(shù) St=0.2,則 第一臨界風(fēng)速為:c1=D/T1/St10-3=1457.94/1.3661/0.2000010-3=5.3361m/s第二臨界風(fēng)速為:c2=D/T2/St10-3=1457.94/0.2520/0.

38、2000010-3=28.9267m/s因 c2，所以該塔在第一、第二臨界風(fēng)速下都產(chǎn)生共振 橫風(fēng)向塔頂振幅共振時(shí),塔頂振幅按下式計(jì)算: YTi=CLDci2H4i/(49.4GiEI)10-9 12345678空氣密度 1.25kg/m3升力系數(shù) CL0.20阻尼比 0.01/0.01容器外徑 D1457.94mm臨界風(fēng)速 ci5.3361m/s共振區(qū)起始位置 Hci1.12102計(jì)算系數(shù) 1.5600第一振型振幅 YTi2.04102m臨界風(fēng)速 ci28.9267m/s共振區(qū)起始位置 Hci1464.17計(jì)算系數(shù) 0.83184第二振型振幅 YTi1.09102m共振時(shí)，臨界風(fēng)速的風(fēng)壓作用下

39、,順風(fēng)向風(fēng)力 一階臨界風(fēng)速的風(fēng)壓 qo = 1/2 ci2 = 17.7963。二階臨界風(fēng)速的風(fēng)壓 qo = 1/2 ci2 = 522.9700 Pa 風(fēng)載荷按下式計(jì)算:Pi=K1K2q0Deifl10-612345678風(fēng)壓高度變化系數(shù) fi1.2313 1.2536 1.4386 1.5392 1.6252 1.6941.752 1.8052畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 13 頁(yè)脈動(dòng)增大系數(shù) 2.6875 2.6875 2.6875 2.6875 2.6875 2.68752.687 2.6875脈動(dòng)影響系數(shù) i0.7563 0.7598 0.7908 0.8114 0.8200.8410.

40、852 0.8538平臺(tái)當(dāng)量寬度 K403840.00.00480.000543.910543.91mm有效直徑 Dei1726.1 5566.1 1832.0 2308.0 1828.0 2367.9 1824.0 2367.9mm振型系數(shù) zi0.0509 0.0591 0.1790 0.2966 0.4330.5690.7683 0.8380風(fēng)振系數(shù) K2i1.0842 1.0965 1.2644 1.4201 1.5901.7442.003 2.0640一階水平風(fēng)力 Pi180.85 47.66207.55 251.46 236.08 308.60 281.82 388.12N振型系數(shù)

41、 zi-0.265 -0.2971 -0.6076 -0.7162 -0.628 -0.3784 0.0068 0.4647風(fēng)振系數(shù) K2i0.56220.51680.1035-0.01490.13880.49421.00901.5892二階水平風(fēng)力 Pi2755.4659.17498.9-75.41603.582562.14166.78782.7 N3.2 筒體和封頭的強(qiáng)度校核3.2.1 筒體的強(qiáng)度校核由于本脫戊烷塔分為 3 段，壁厚分別為 12mm、14mm、16mm。下面分別對(duì)壁厚為 12mm、14mm、16mm 的筒體進(jìn)行強(qiáng)度校核。A.首先對(duì)壁厚為 12mm 段筒體進(jìn)行校核圖 3-1a

42、.已已知知數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)：設(shè)計(jì)壓力 P=1.1 MPa（內(nèi)壓），設(shè)計(jì)溫度 t=200，筒體內(nèi)徑 Di =1200mm，筒體所用材料為 16MnR(板材)，腐蝕裕量 C2=3mm ，焊接接頭系數(shù) =0.85，長(zhǎng)度 L=14100mm，最小厚度 min =3mm ，外直徑 Do =1224mm，長(zhǎng)度 li =14100mm，名義厚度 n =12mm，鋼板負(fù)偏差 C1=0mm，有效厚度 =名義厚度-腐蝕裕量 -鋼材負(fù)偏差及 e =12mm-0mm-3mm=9mm。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 14 頁(yè)常溫下 16MnR(板材)的相關(guān)數(shù)據(jù)查表的：許用應(yīng)力查表得 =170 MPa，屈服點(diǎn) s =345 MPa。b

43、.內(nèi)壓計(jì)算：內(nèi)壓計(jì)算：液柱高度為 0mm，液柱靜壓力為 0MPa，計(jì)算壓力，設(shè)計(jì)溫度1.1MPapc下許用應(yīng)力170MPat所以計(jì)算厚度 4.585mm)pcT/(2Dipcc.壓壓力力試試驗(yàn)驗(yàn)計(jì)計(jì)算算：試驗(yàn)壓力，壓力試驗(yàn)時(shí)液柱高度為 27750mm。1.375MPapt所以圓筒周向應(yīng)力： 110.6MPa)e)/(2eDi)(1099.81HP(WTT許用周向應(yīng)力： 263.93MPa0.9s經(jīng)對(duì)周向應(yīng)力的校核可知，該圓筒各方面都符合標(biāo)準(zhǔn)。d.圓圓筒筒軸軸向向應(yīng)應(yīng)力力的的計(jì)計(jì)算算和和校校核核：距地面高度 h=19800mm，長(zhǎng)度 li=14100mm，名義厚度 n=9mm，截面面積 A =

44、Die=33929.20 mm2，截面系數(shù) Z = /4 D2ie =10178760.20 mm3，操作時(shí)截面以上質(zhì)量 mI-Io=13533.57 kge.塔塔器器相相關(guān)關(guān)彎彎矩矩的的計(jì)計(jì)算算塔器任意計(jì)算截面-處的基本震型地震彎矩： h)h(MknikF1kE而等直徑塔器任意截面 -和底面 0-0 的基本振型地震彎矩為：)4hH14H(10H.175gm8Mh3.52.53.55201E又因?yàn)?，所?10ME由于當(dāng) H/D15,且 H20m 時(shí)，還應(yīng)考慮振型的影響。由于第三節(jié)振型以上各階振型對(duì)塔器影響甚微，可以不考慮。塔器任意計(jì)算截面 -處的順風(fēng)彎矩： )2l.ll(p.)2ll(p2lp

45、Mn1iinii1iiiw根據(jù)上面公式計(jì)算得：畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 15 頁(yè)共振時(shí)一階順風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm102.78M7cw共振時(shí)二階順風(fēng)向風(fēng)彎矩 N.mm102.29M8cww共振時(shí)順風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm102.7M8cw當(dāng) H/D15,且 H30m 時(shí)，還應(yīng)計(jì)算橫風(fēng)向風(fēng)振，根據(jù)JB/T4710-2005 附錄得：共振時(shí)一階橫風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm102.78M7ca共振時(shí)二階橫風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm102.29M8ca共振時(shí)橫風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm102.31M8ca共振時(shí)組合風(fēng)彎矩 N.mm103.55MMM822ewcacw最大彎矩N.mm103.77M8max設(shè)防烈度為 8 度或 9 度區(qū)的

46、塔器應(yīng)該上下兩個(gè)方向垂直地震力作用，其余情況可看作地震力為 0，所以豎向地震力,豎向力0NFV0NFe常溫下許用應(yīng)力，常溫下屈服點(diǎn) 170MPa 345MPas系數(shù)0.00141R/0.094Aief.內(nèi)內(nèi)壓壓工工況況：壓力引起的 壓力引起的軸向應(yīng)力36.67MPa)/(4Dpeicp重力引起的軸向應(yīng)力3.91MPag/Am0g豎向地震力引起的軸向應(yīng)力0MPa/AFVf豎向力引起的軸向應(yīng)力0MPa/AFee彎矩引起的軸向應(yīng)力37.02MPa/AMmaxM設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力,系數(shù) 170MPat129.76MPaB 軸向組合拉應(yīng)力69.78MPaMfegpt許用軸向拉應(yīng)力 173.4MPaKt根

47、據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)果得到拉應(yīng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。軸向組合壓應(yīng)力40.93MPaMfegc許用軸向壓應(yīng)力 155.7MPaKKB,mint根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)果得到壓應(yīng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。g.壓壓力力試試驗(yàn)驗(yàn)工工況況：試驗(yàn)壓力, 壓力試驗(yàn)時(shí)截面以上質(zhì)量, 壓力1.375MPapt1163.54KgmT試驗(yàn)時(shí)最大彎矩N.mm101.13M8T畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 16 頁(yè)壓力引起的軸向應(yīng)力45.83MPa)/(4DpeiTp重力引起的軸向應(yīng)力3.36MPag/AmTT彎矩引起的軸向應(yīng)力11.11MPa/ZMmaxM設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力,系數(shù) 170MPat148.1MPaB 軸向組合拉應(yīng)力53.58MPaMTpt許用軸向拉

48、應(yīng)力263.93MPa0.9s根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)果得到拉應(yīng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。軸向組合壓應(yīng)力14.47MPaMTc許用軸向壓應(yīng)力177.72MPaKB,0.9mins根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)果得到壓應(yīng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。B.壁厚為 14mm 段筒體的強(qiáng)度校核 圖 3-2a.已已知知數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)：設(shè)計(jì)壓力 P=1.1 MPa（內(nèi)壓），設(shè)計(jì)溫度 t=200，筒體內(nèi)徑 Di =1200mm，筒體所用材料為 16MnR(板材)，腐蝕裕量 C2=3mm ，焊接接頭系數(shù) =0.85，長(zhǎng)度 L=8000mm，最小厚度 min =3mm ，外直徑 Do =1228mm，長(zhǎng)度 li =8000mm，名義厚度 n =14mm，鋼板負(fù)偏差 C1=0

49、mm，有效厚度 =名義厚度-腐蝕裕量 -鋼材負(fù)偏差及 e =14mm-0mm-3mm=11mm。常溫下 16MnR(板材)的相關(guān)數(shù)據(jù)查表的：許用應(yīng)力查表得 =170 MPa，屈服點(diǎn) s =345 MPa。b.內(nèi)壓計(jì)算：內(nèi)壓計(jì)算：液柱高度為 0mm，液柱靜壓力為 0MPa，計(jì)算壓力，設(shè)計(jì)溫度1.1MPapc下許用應(yīng)力170MPat所以計(jì)算厚度 4.585mm)pcT/(2Dipc畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 17 頁(yè)所以最大允許工作壓力 2.625MPaD/2peietwc.壓壓力力試試驗(yàn)驗(yàn)計(jì)計(jì)算算：試驗(yàn)壓力，壓力試驗(yàn)時(shí)液柱高度為 27750mm。1.375MPapt所以圓筒周向應(yīng)力： 110.6M

50、Pa)e)/(2eDi)(109.81HP(9WTT許用周向應(yīng)力 ：263.93MPa0.9s經(jīng)對(duì)周向應(yīng)力的校核可知，該圓筒各方面都符合標(biāo)準(zhǔn)。d.圓圓筒筒軸軸向向應(yīng)應(yīng)力力的的計(jì)計(jì)算算和和校校核核：距地面高度 h=11800mm，長(zhǎng)度 li=8000mm，名義厚度 n=14mm，截面面積 A = Die=41469 mm2，截面系數(shù) Z = /4 D2ie =12440706.9 mm3，操作時(shí)截面以上質(zhì)量 mI-Io=21639.28kg。e.塔塔器器相相關(guān)關(guān)彎彎矩矩的的計(jì)計(jì)算算塔器任意計(jì)算截面-處的基本震型地震彎矩： h)h(MknikF1kE而等直徑塔器任意截面 -和底面 0-0 的基本振

51、型地震彎矩為：)h4hH14H(10H.175gm8M3.52.53.55201E又因?yàn)?，所?10ME由于當(dāng) H/D15,且 H20m 時(shí)，還應(yīng)考慮振型的影響。由于第三節(jié)振型以上各階振型對(duì)塔器影響甚微，可以不考慮。塔器任意計(jì)算截面 -處的順風(fēng)彎矩： )2l.ll(p.)2ll(p2lpMn1iinii1iiiw根據(jù)上面公式計(jì)算得：共振時(shí)一階順風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm102.46M7cw共振時(shí)二階順風(fēng)向風(fēng)彎矩 N.mm105.03M8cw共振時(shí)順風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm1004. 5M8cw當(dāng) H/D15，且 H30m 時(shí)，還應(yīng)計(jì)算橫風(fēng)向風(fēng)振，根據(jù)JB/T4710-2005附錄得：共振時(shí)一階橫風(fēng)向風(fēng)彎矩N

52、.mm1041. 6M7ca共振時(shí)二階橫風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm102.13M8ca畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 18 頁(yè)共振時(shí)橫風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm102.22M8ca共振時(shí)組合風(fēng)彎矩 N.mm1051. 5MMM822ewcacw最大彎矩N.mm1029. 8M8max設(shè)防烈度為 8 度或 9 度區(qū)的塔器應(yīng)該上下兩個(gè)方向垂直地震力作用，其余情況可看作地震力為 0，所以豎向地震力,豎向力0NFV0NFe常溫下許用應(yīng)力，常溫下屈服點(diǎn) 170MPa 345MPas系數(shù)0.00172R/0.094Aief.內(nèi)內(nèi)壓壓工工況況：壓力引起的 壓力引起的軸向應(yīng)力30MPa)/(4Dpeicp重力引起的軸向應(yīng)力MPa1

53、2. 5g/Am0g豎向地震力引起的軸向應(yīng)力0MPa/AFVf豎向力引起的軸向應(yīng)力0MPa/AFee彎矩引起的軸向應(yīng)力MPa64. 66/AMmaxM設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力,系數(shù) 170MPat134.86MPaB 軸向組合拉應(yīng)力MPa52. 19Mfegpt許用軸向拉應(yīng)力 173.4MPaKt根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)果得到拉應(yīng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。軸向組合壓應(yīng)力MPa76. 17Mfegc許用軸向壓應(yīng)力 MPa83.611KKB,mint根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)果得到壓應(yīng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。g.壓壓力力試試驗(yàn)驗(yàn)工工況況：試驗(yàn)壓力, 壓力試驗(yàn)時(shí)截面以上質(zhì)量, 壓1.375MPapt18551.73KgmT力試驗(yàn)時(shí)最大彎矩N.mm104

54、9. 2M8T壓力引起的軸向應(yīng)力MPa5 . 73)/(4DpeiTp重力引起的軸向應(yīng)力4.93MPag/AmTT彎矩引起的軸向應(yīng)力19.99MPa/ZMmaxM設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力,系數(shù) 170MPat156.68MPaB 軸向組合拉應(yīng)力MPa1 . 35MTpt許用軸向拉應(yīng)力263.93MPa0.9s畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 19 頁(yè)根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)果得到拉應(yīng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。軸向組合壓應(yīng)力MPa38. 42MTc許用軸向壓應(yīng)力188.01MPaKB,0.9mins根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)果得到壓應(yīng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。C.壁厚為 16mm 段筒體的強(qiáng)度校核 圖 3-3a.已已知知數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)：設(shè)計(jì)壓力 P=1.1 MPa

55、（內(nèi)壓），設(shè)計(jì)溫度 t=200，筒體內(nèi)徑 Di =1200mm，筒體所用材料為 16MnR(板材)，腐蝕裕量 C2=3mm，焊接接頭系數(shù)=0.85，長(zhǎng)度 L=14100mm，最小厚度 min =3mm，外直徑 Do =1224mm，長(zhǎng)度li =14100mm，名義厚度 n =12mm，鋼板負(fù)偏差 C1=0mm，有效厚度 =名義厚度-腐蝕裕量 -鋼材負(fù)偏差及 e =12mm-0mm-3mm=9mm。常溫下 16MnR(板材)的相關(guān)數(shù)據(jù)查表的：許用應(yīng)力查表得 =170 MPa，屈服點(diǎn) s =345 MPa。b.內(nèi)壓計(jì)算：內(nèi)壓計(jì)算：液柱高度為 0mm，液柱靜壓力為 0MPa，計(jì)算壓力，設(shè)計(jì)溫度1.1

56、MPapc下許用應(yīng)力。170MPat所以計(jì)算厚度 4.585mm)pcT/(2Dipc所以最大允許工作壓力 MPa097. 3D/2peietwc.壓壓力力試試驗(yàn)驗(yàn)計(jì)計(jì)算算：試驗(yàn)壓力，壓力試驗(yàn)時(shí)液柱高度為 27750mm。1.375MPapt所以圓筒周向應(yīng)力： MPa85. 67)e)/(2eDi)(1099.81HP(WTT許用周向應(yīng)力：畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 20 頁(yè) 263.93MPa0.9s經(jīng)對(duì)周向應(yīng)力的校核可知，該圓筒各方面都符合標(biāo)準(zhǔn)。d.圓圓筒筒軸軸向向應(yīng)應(yīng)力力的的計(jì)計(jì)算算和和校校核核：距地面高度 h=6800mm，長(zhǎng)度 li=5000mm，名義厚度 n=16mm，截面面積 A

57、= Die=49008.85 mm2，截面系數(shù) Z = /4 D2ie =14702653.62 mm3，操作時(shí)截面以上質(zhì)量 mI-Io=25732.46 kge.塔塔器器相相關(guān)關(guān)彎彎矩矩的的計(jì)計(jì)算算塔器任意計(jì)算截面-處的基本震型地震彎矩： h)h(MknikF1kE而等直徑塔器任意截面 -和底面 0-0 的基本振型地震彎矩為：)4hH14H(10H.175gm8Mh3.52.53.55201E又因?yàn)?，所?10ME由于當(dāng) H/D15,且 H20m 時(shí)，還應(yīng)考慮振型的影響。由于第三節(jié)振型以上各階振型對(duì)塔器影響甚微，可以不考慮。塔器任意計(jì)算截面 -處的順風(fēng)彎矩： )2l.ll(p.)2ll(p2

58、lpMn1iinii1iiiw根據(jù)上面公式計(jì)算得：共振時(shí)一階順風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm1047. 3M7cw共振時(shí)二階順風(fēng)向風(fēng)彎矩 N.mm106.51M8cww共振時(shí)順風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm106.52M8cw當(dāng) H/D15,且 H30m 時(shí)，還應(yīng)計(jì)算橫風(fēng)向風(fēng)振，根據(jù)JB/T4710-2005 附錄得：共振時(shí)一階橫風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm1003. 9M7ca共振時(shí)二階橫風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm1073. 6M7ca共振時(shí)橫風(fēng)向風(fēng)彎矩N.mm1013. 1M8ca共振時(shí)組合風(fēng)彎矩 N.mm1061. 6MMM822ewcacw最大彎矩N.mm1017. 1M9max設(shè)防烈度為 8 度或 9 度區(qū)的塔器應(yīng)該上下兩個(gè)

59、方向垂直地震力作用，其余情況可看作地震力為 0，所以豎向地震力,豎向力0NFV0NFe畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 21 頁(yè)常溫下許用應(yīng)力，常溫下屈服點(diǎn) 170MPa 345MPas系數(shù)0.00204R/0.094Aief.內(nèi)內(nèi)壓壓工工況況：壓力引起的 壓力引起的軸向應(yīng)力25.38MPa)/(4Dpeicp重力引起的軸向應(yīng)力5.15MPag/Am0g豎向地震力引起的軸向應(yīng)力0MPa/AFVf豎向力引起的軸向應(yīng)力0MPa/AFee彎矩引起的軸向應(yīng)力MPa64. 97/AMmaxM設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力,系數(shù) 170MPatMPa32. 831B 軸向組合拉應(yīng)力MPa87. 99Mfegpt許用軸向拉應(yīng)力

60、 173.4MPaKt根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)果得到拉應(yīng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。軸向組合壓應(yīng)力MPa79. 48Mfegc許用軸向壓應(yīng)力 165.99MPaKKB,mint根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)果得到壓應(yīng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。g.壓壓力力試試驗(yàn)驗(yàn)工工況況：試驗(yàn)壓力, 壓力試驗(yàn)時(shí)截面以上質(zhì)量, 壓1.375MPaptKg73.25652mT力試驗(yàn)時(shí)最大彎矩N.mm1051. 3M8T壓力引起的軸向應(yīng)力MPa73. 13)/(4DpeiTp重力引起的軸向應(yīng)力MPa52. 4g/AmTT彎矩引起的軸向應(yīng)力MPa89. 32/ZMmaxM設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力,系數(shù) 170MPat163.35MPaB 軸向組合拉應(yīng)力51.11MPaMTpt許用

61、軸向拉應(yīng)力263.93MPa0.9s根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)果得到拉應(yīng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。軸向組合壓應(yīng)力MPa41. 82MTc許用軸向壓應(yīng)力192.02MPaKB,0.9mins根據(jù)上述數(shù)據(jù)結(jié)果得到壓應(yīng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。3.2.2 橢圓封頭的校核 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 22 頁(yè)參考文獻(xiàn)1. 鐘秦，陳遷橋，王娟，曲虹霞，馬衛(wèi)華主編?；ぴ怼１本簢?guó)防工業(yè)出版社，20072匡國(guó)柱，史啟才主編.化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 3. 鄭津洋，董其伍等編.過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 4. 路秀林，王者相主編.化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)（塔設(shè)備）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 5.

62、魏兆燦主編.化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)塔設(shè)備設(shè)計(jì).上海：上?？萍汲霭嫔?，1988 6. 聶清德主編.化工設(shè)備設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998 7. 周志安，尹華杰，魏新利等編.化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996 8. 詹長(zhǎng)福主編.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992 9. 茅曉東，李建偉編.典型化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo).上海：華東理工大學(xué)出版社，畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 23 頁(yè)199510. 陳偕中主編.化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)（化工容器設(shè)計(jì)）.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，198711. 潘永亮，劉玉良主編化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)北京：科學(xué)出版社，199912. Dennis

63、. R. Moss. Pressure Vessels Design Manual. Houston: Gulf Publishing Company, 1989 致 謝為期兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)宣告結(jié)束了！在這次緊張而忙碌的設(shè)計(jì)中，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，并結(jié)合自己的努力將書(shū)本上的知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)踐當(dāng)中，從中我領(lǐng)悟到了不少東西，也深化了不少?gòu)那皩W(xué)過(guò)的知識(shí)。這次設(shè)計(jì)是綜合能力的考察，是大學(xué)學(xué)過(guò)的許多知識(shí)的大匯總，對(duì)我今后的工作和學(xué)習(xí)有著積極、重要的幫助和意義。感謝學(xué)校以及學(xué)院指導(dǎo)老師給予我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，能讓我有機(jī)會(huì)把大學(xué)四年所學(xué)的理論知識(shí)通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的方式，系統(tǒng)地理解和深化一次！感謝在這次設(shè)計(jì)中我的指導(dǎo)老師張艷麗和李沖，十多周的設(shè)計(jì)時(shí)間我千百次的麻煩他們，他們總是耐心的給我答疑解難，尤其是在塔的強(qiáng)度校核這方面曾多次向老師請(qǐng)教，他們都能給予詳細(xì)的解答，在此深表感謝！同時(shí)感謝過(guò)程裝備與控制工程教研室的老師，在設(shè)計(jì)中總會(huì)有一些專(zhuān)業(yè)方面的知識(shí)，在不理解和不明白的地方我總會(huì)向他們請(qǐng)教求解，每個(gè)老師都耐心的給我講解，我非常感謝他們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中給我的指導(dǎo)與幫助！ 2010 年 6 月 6 日