DN1100斜孔式精餾塔設(shè)計含11張CAD圖
DN1100斜孔式精餾塔設(shè)計含11張CAD圖,dn1100,斜孔式,精餾塔,設(shè)計,11,十一,cad
工作進度檢查表
題目
DN1100斜孔式精餾塔設(shè)計
學(xué)生姓名
班級學(xué)號
專業(yè)
指
導(dǎo)
教
師
填
寫
學(xué)生開題情況
學(xué)生調(diào)研及查閱文獻情況
畢業(yè)設(shè)計（論文）原計劃有無調(diào)整
學(xué)生是否按計劃執(zhí)行工作進度
學(xué)生是否能獨立完成工作任務(wù)
學(xué)生每周接受指導(dǎo)的次數(shù)及時間
畢業(yè)設(shè)計（論文）過程檢查記錄情況
學(xué)生的工作態(tài)度在相應(yīng)選項劃“√”
□認真
□一般
□較差
尚存在的問題及采取的措施：
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
評閱教師評語表
題 目
DN1100斜孔式精餾塔設(shè)計
學(xué)生姓名
班級學(xué)號
專 業(yè)
評 閱
教師姓名
職 稱
工作單位
評分內(nèi)容
具 體 要 求
總分
評分
開題情況
調(diào)研論證
能獨立查閱文獻資料及從事其他形式的調(diào)研，能較好地理解課題任務(wù)并提出實施方案，有分析整理各類信息并從中獲取新知識的能力。
10
7
外文翻譯
英文摘要翻譯準確，語句通順，語法基本無錯誤。
10
7
設(shè)計質(zhì)量
論證、分析、設(shè)計、計算、結(jié)構(gòu)、建模、實驗正確合理。
35
29
創(chuàng) 新
工作中有創(chuàng)新意識，有重大改進或獨特見解，有一定實用價值。
10
7
撰寫質(zhì)量
結(jié)構(gòu)嚴謹，文字通順，用語符合技術(shù)規(guī)范，圖表清楚，書寫格式規(guī)范，符合規(guī)定字數(shù)要求。
15
12
綜合能力
能綜合運用所學(xué)知識和技能發(fā)現(xiàn)與解決實際問題。
20
14
總 評 分
76
評閱教師
評閱意見
本設(shè)計圍繞斜孔式精餾塔設(shè)計展開，重點在機械設(shè)計部分。完成了任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)，設(shè)計說明書內(nèi)容基本完整，計算及論證無原則性錯誤；說明書的書寫規(guī)范，圖紙質(zhì)量很好，圖面較為整潔，線條、文字及尺寸標注等均符合有關(guān)標準規(guī)定。
評閱成績
7.6
評閱教師簽名
日 期
任務(wù)書
學(xué)院： 機械工程學(xué)院 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化
指導(dǎo)教師
學(xué)生姓名
課題名稱
DN1100斜孔式精餾塔設(shè)計
內(nèi)容及任務(wù)
擬設(shè)計一斜孔塔，用于笨-甲苯溶液精餾。
給定設(shè)計參數(shù)如下：
塔內(nèi)徑： 1100 mm 塔高：23 m
設(shè)計壓力：0.35MPa 設(shè)計溫度：115℃
腐蝕余量：4mm 安裝地區(qū)：自定
需完成的主要內(nèi)容如下：
1、緒論
2、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計
3、材料選擇及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計
4、強度計算與校核
5、加工工藝、裝配程序、安全防腐等
6、繪制裝配圖及零部件圖
7、翻譯外文文獻
擬達到的要求或技術(shù)指標
1、首先需在互聯(lián)網(wǎng)、圖書館、工廠廣泛查閱相關(guān)科技資料
2、進行結(jié)構(gòu)、材料及裝置選擇論證時，要求資料詳實，數(shù)據(jù)充分
3、進行強度校核時，要求計算準確，分析詳細，公式的字母含義應(yīng)標明
4、查閱15篇以上與題目相關(guān)的文獻，其中近三年的文獻不少于5篇，鼓勵引用一定的外文文獻；按要求格式獨立撰寫不少于12000字的設(shè)計說明書；寫出不少于400字的中文摘要，關(guān)鍵詞的個數(shù)一般取5個左右；鼓勵翻譯一篇本專業(yè)外文文獻
5、完成不少于3張零號圖紙的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖、裝配圖和零件圖，其中應(yīng)包含一張以上用計算機繪制的具有中等難度的1號圖紙，同時至少有折合4號圖幅以上的圖紙用手工繪制，并要求圖面整潔，視圖齊全，布局合理，線條、文字及尺寸標注等均應(yīng)符合有關(guān)標準規(guī)定
進度安排
起止日期
工作內(nèi)容
備注
2月18日—3月1日
3月4日—3月15日
3月18日—5月24日
5月27日—5月31日
畢業(yè)設(shè)計調(diào)研
集中實習(xí)
畢業(yè)設(shè)計
畢業(yè)答辯
主要參考資料
[1] 路秀林，王者相.化工設(shè)備設(shè)計全書-塔設(shè)備［Ｍ］ .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004
[2] 工程材料實用手冊編輯委員會.工程材料實用手冊［Ｍ］.北京：中國標準出版社，2002
[3] 朱有庭.化工設(shè)備設(shè)計手冊［Ｍ］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005
[4] 朱振華，邵澤波.過程裝備制造技術(shù)［Ｍ］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011
[5] 華南理工大學(xué)化工原理教研組.化工過程及設(shè)備設(shè)計［Ｍ］.廣州：華南理工
大學(xué)出版社，1986
[6] 趙惠清，蔡紀寧.化工制圖 ［Ｍ］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015
[7] 譚蔚.化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)［Ｍ］.天津：天津大學(xué)出版社，2014
[8] 李群松.化工容器及設(shè)備［Ｍ］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014
教研室
意見
本課題符合專業(yè)人才培養(yǎng)要求，設(shè)計任務(wù)飽滿，同意下達任務(wù)書 □
本課題不符合專業(yè)人才培養(yǎng)要求，不同意下達任務(wù)書□
教研室主任（簽章）：
年 月 日
開題報告
題 目
DN1100斜孔式精餾塔設(shè)計
學(xué)生姓名
班級學(xué)號
專業(yè)
1、課題研究目的與意義
精餾塔是進行精餾的一種塔式汽液接觸裝置。利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，即在同一溫度下各組分的蒸氣壓不同這一性質(zhì)，使液相中的輕組分(低沸物)轉(zhuǎn)移到氣相中，而氣相中的重組分(高沸物)轉(zhuǎn)移到液相中，從而實現(xiàn)分離的目的。精餾塔也是石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛的一種傳質(zhì)傳熱裝置。
無論是平衡蒸餾還是簡單蒸餾，雖然可以起到一定的分離作用，但是并不能將一混合物分離為具有一定量的高純度產(chǎn)品。在石油化工生產(chǎn)中常常要求獲得純度很高的產(chǎn)品，通過精餾過程可以獲得這種高純度的產(chǎn)品。精餾過程所用的設(shè)備稱為精餾塔，大體上可以分為兩大類：①板式塔，氣液兩相總體上作多次逆流接觸，每層板上氣液兩相一般作交叉流。②填料塔，氣液兩相作連續(xù)逆流接觸。
一般的精餾裝置由精餾塔塔身、冷凝器、回流罐，以及再沸器等設(shè)備組成。進料從精餾塔中某段塔板上進人塔內(nèi)，這塊塔板稱為進料板。進料板將精餾塔分為上下兩段，進料板以上部分稱為精餾段，進料板以下部分稱為提餾段。
板式精餾塔中溶液經(jīng)過一塊塔板即相當于一次相平衡，塔板的數(shù)目越多則分離效果越明顯，但同時塔板費用也越高，故需要根據(jù)實際的費用及操作要求來確定塔板的數(shù)目。塔板是板式塔的主要構(gòu)件，分為錯流式塔板和逆流式塔板兩類，工業(yè)中以錯流式為主，常用的錯流式塔板有：泡罩塔板，篩孔塔板，浮閥塔板。
斜孔塔板在結(jié)構(gòu)上集中了篩板塔板、浮閥塔板和舌孔塔板存在的優(yōu)點，克服了它們的弱點，使其結(jié)果更加完美。首先，篩板塔板由于篩孔的汽速方向與霧沫夾帶方向平行導(dǎo)致篩板塔的霧沫夾帶加劇和板校較低。而斜孔塔盤特殊閥孔結(jié)構(gòu)設(shè)計使氣體從閥孔沿與板面平行方向噴出，板上汽體流動矢量與霧沫夾帶矢量呈90o ,有利于減低霧沫夾帶。其次,浮閥塔板盡管閥孔的汽速與板面平行,但單個閥孔沿圓周的放射狀汽速方向與其他閥孔的汽速存在對撞,引起附加霧沫夾帶。與浮閥塔板不同,斜孔塔板的線性單向流動設(shè)計和相鄰兩排斜孔方向錯位相反排布,使任意兩個相鄰閥孔間的汽相對撞降至最低,使由于閥孔間氣體干擾引起的霧沫夾帶大幅下降。還有,斜孔塔板相鄰兩排斜孔方向錯位相反排布矢量相反,可保證氣體對液層的動量作用相互抵消,保持穩(wěn)定的液層和汽液接觸過程。舌孔塔板盡管單個閥孔的汽速與板面平行,但由于氣體對液體動量作用未能平衡,板上的液體受到汽速的干擾產(chǎn)生較大的位差,影響了塔板的正常工作,因此塔板上必須要求具備穩(wěn)定的液層以保證板上均勻穩(wěn)定的汽液傳質(zhì)。
斜孔塔塔板在正常工作時，氣液兩相接觸良好允許的蒸氣負荷高，處理量大，壓降小，操作反應(yīng)靈敏，是目前國內(nèi)公認的高效塔型。由于塔內(nèi)的蒸氣流速直接影響到塔板上的液層高度、氣液兩相的接觸時間與傳質(zhì)效率，因此在酒精蒸餾過程中，應(yīng)嚴格控制蒸氣的速度，以充分發(fā)探其優(yōu)點。酒精蒸餾過程中，影響蒸氣速度的因素很多。對于斜孔塔板來說，由于塔板本身沒有固定的液層，欲形成穩(wěn)定的液面高度，最主要的是進料要求平穩(wěn)，操作參數(shù)(溫度、壓力及回流比)變化小，內(nèi)壓波動幅度不宜過大。在低負荷操作時，適當提高回流比，將塔內(nèi)的實際負荷控制在塔的負荷下限以上，以穩(wěn)定操作。
斜孔塔盤的優(yōu)越性:
1:處理量大
斜孔塔板采用噴射態(tài)操作,孔動能因子比F1浮閥高30%以上,因此,在同樣塔徑和相同開孔率的條件下,處理量可比F1浮閥提高30%以上.斜孔塔板采用開小孔、多開孔的方式,閥孔之間的間距由于合理的設(shè)計可控制到較小范圍,因此在同樣橫截面積的條件下,斜孔塔板比Fl浮閥的開孔率更高。斜孔板處理量大的特點在許多裝置立足塔徑不變,板間距不變進行擴產(chǎn)改造時得以成功應(yīng)用。
2:塔板效率高
斜孔塔板采用噴射態(tài)操作,汽液表面更新速率更快,可有效增強傳質(zhì)系數(shù),因此斜孔塔板比FI浮閥的效率更高。斜孔塔板的斜孔尺寸大小一致,在板面上均布,氣泡分布均小;板面廣生數(shù)量大、單孔面積
小的氣泡,單位體積的傳質(zhì)比表面積大,效率較高斜孔板板效率較高的特點在一些裝置立足板數(shù)不變,板間距不變進行提高產(chǎn)品質(zhì)量改造時得以充分應(yīng)用。
現(xiàn)階段的斜孔式精餾塔在結(jié)構(gòu)細節(jié)設(shè)計方面還是存在一定的缺陷與不足，還需繼續(xù)改進與完善。
2、國內(nèi)、外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
2.1 國內(nèi)發(fā)展狀況
在上世紀五十年代前我國斜孔塔基本上是空白的，第一個五年計劃期間我國建設(shè)了新的化工、石油裝置與設(shè)備，大部分設(shè)備從蘇聯(lián)引進，其技術(shù)基本上是三十年代水平。
塔器設(shè)備在煉油、化工、制藥等過程工業(yè)中占有重委地位,其性能的優(yōu)劣、技術(shù)水平的高低將直接影響產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、回收率,經(jīng)濟效益等各個方面。因此研究和使用新型的塔器設(shè)備對于強化氣、液兩相傳質(zhì)過程以及工業(yè)生產(chǎn)具有得要的意義。余國琮等人曾對精餾和萃取過程中塔器設(shè)備的作用和發(fā)展做過精辟分析，指出當前在環(huán)境保護和維持正常生態(tài)平衡提出更高要求的情況下,塔器設(shè)備性能的優(yōu)劣、技術(shù)水平的高低還可能涉及到某些化工工藝能否繼續(xù)維持下去的問題另一些研究人員亦對國外化工塔器的現(xiàn)狀和應(yīng)用進行了深入分析。
我國在斜孔塔的研究開發(fā)工作方面雖然起步較晚，但在長期的努力和不斷吸取經(jīng)驗總結(jié)下也取得很好成績，與國外差距不斷縮短。在1980年有關(guān)科研單位就開始了對斜孔塔板的研究開發(fā)，1993年始逐漸在工業(yè)中應(yīng)用，并得到進一步的完善?，F(xiàn)在的斜孔塔盤已經(jīng)在化工生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
2.2 國外發(fā)展狀況
斜孔塔作為重要的單元設(shè)備一直受到重視，在對原有塔板的改進和性能研究以及新型塔板的開發(fā)與應(yīng)用等方面都取得了進展。在塔板研究方面，國外近三十年來，塔板是按泡罩、篩孔和浮閥這三種基本塔類而發(fā)展的，一些新開發(fā)的塔板多數(shù)也是這三種塔板的改進型，它們均有氣相分散的共同特點。真正有所創(chuàng)新的是六十年代推出的一些液相分散型（即噴霧液滴型）塔板。如原民主德國的PKB塔板（即Perfom塔板）和日本的垂直篩板（即New VST塔板）。它們的出現(xiàn)是板式塔發(fā)展中的重大進步，因此一問世即受到人們的普遍重視。原因主要還與蒸餾塔設(shè)計應(yīng)更多考慮節(jié)能要求有關(guān)。到八十年代這一趨勢更為明顯，節(jié)能和滿足產(chǎn)品高純度要求，已成為主要研究目標之一。因此，相繼又出現(xiàn)了罩型擋板篩孔塔板和蒸汽對股流蒸餾塔板?？傊耸甏骄攀甏鷩馑靼l(fā)展總的要求是：節(jié)能、高效和優(yōu)質(zhì)。
為了加強工業(yè)技術(shù)的競爭力，長期以來，各國都在加強對塔器的研究力度，而最近幾年國外之所以放慢了關(guān)于塔的研究腳步，是因為現(xiàn)在已經(jīng)研究出了塔盤的效率并不取決于塔盤的結(jié)構(gòu)，而主要取決于物質(zhì)的性質(zhì)，如：揮發(fā)度、粘度、混合物的組分等。國外已經(jīng)轉(zhuǎn)向研究“在提高處理能力和簡化結(jié)構(gòu)的前提下，保持適當?shù)牟僮鲝椥院蛪毫担⒈M量提高塔盤的效率?！痹谛滦吞盍戏矫嬖谂Φ难芯堪l(fā)展有利于氣液分布均勻、高效和制造方面的填料。
斜孔塔在國外技術(shù)研究已經(jīng)達到了成熟的階段，更多的技術(shù)突破還在等著人類去不斷探索。
3、課題研究的主要內(nèi)容
3.1 準備工作
在互聯(lián)網(wǎng)或者圖書館等廣泛查閱相關(guān)科技文獻資料，也可以去工廠了解斜孔塔方面的各種知識，認識斜孔塔設(shè)計安裝的過程、原理、性能及應(yīng)用。還應(yīng)該了解斜孔塔在國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。掌握基本知識點，計算方法等，并安排設(shè)計進度。
3.2 主體、零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料選擇
各零部件的材料選擇，選擇斜孔塔的類型與結(jié)構(gòu)，操作條件的選擇和操作方式的選擇。斜孔塔幾何設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。
3.3 強度計算與校核
計算斜孔塔各部件尤其受壓部件的應(yīng)力大小檢驗其強度是否在允許范圍內(nèi)，按照國家壓力容器安全技術(shù)規(guī)定進行計算核算。
3.4 加工工藝、裝配程序、安全防腐等
選擇加工工藝，及編寫裝配程序，考慮安全性能及采取防腐措施。
3.5 繪制裝配圖及零部件圖
利用AutoCAD繪圖軟件繪制出斜孔塔的裝備圖及各個零件圖。
3.6 翻譯外文文獻，撰寫說明書
將外文文獻進行翻譯，并按要求編寫說明書。
4、 課題的進度安排
根據(jù)畢業(yè)設(shè)計課題任務(wù)書，初步擬定畢業(yè)設(shè)計實施方案如下：
12月7日～12月15日：查閱收集相關(guān)文獻資料，撰寫開題報告。
2月25日～3月13日：畢業(yè)實習(xí)，為畢業(yè)設(shè)計做好資料準備。
3月14日～3月21日：查閱文獻資料，擬定設(shè)計方案，開始課題設(shè)計。
3月22日～4月5日：斜孔塔的材料選擇及總體設(shè)計，強度計算并校核。
4月6日～4月20日：選擇加工工藝，裝配過程，考慮安全防腐等細節(jié) 。
4月21日～5月4日：依據(jù)設(shè)計步驟繪制零件圖，裝配圖。
5月5日～5月21日：撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書，做好答辯準備。
5月22日～5月26日：畢業(yè)答辯。
參考文獻
[1] 路秀林，王者相.化工設(shè)備設(shè)計全書-塔設(shè)備［Ｍ］ .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004
[2] 工程材料實用手冊編輯委員會.工程材料實用手冊［Ｍ］ .北京：中國標準出版社，2002
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[4] 朱振華，邵澤波.過程裝備制造技術(shù)［Ｍ］ .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011
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[7] 譚蔚.化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)［Ｍ］ .天津：天津大學(xué)出版社，2014
指導(dǎo)教師批閱意見
指導(dǎo)教師(簽名)： 年 月 日
DN1100斜孔式精餾塔設(shè)計
摘 要
本次設(shè)計的是DN1100斜孔式精餾塔，其中DN1100表示的是該塔的塔內(nèi)徑。斜孔式精餾塔屬于板式塔的一種，其塔盤采用的是斜孔塔盤，斜孔塔充分地結(jié)合了篩板塔和浮閥塔的優(yōu)點。斜孔塔盤是屬于噴射型塔盤，近似于篩孔塔板，流動狀態(tài)比篩孔塔板合理，性能比篩孔塔板優(yōu)越。不過也有類似篩孔塔板的缺點，如有設(shè)計方法和使用技巧不正確時，容易被誤會為彈性小，不好操作而得不到重視。其與浮閥塔盤相比，彈性不如浮閥塔盤，但處理量大大超過浮閥塔盤。斜孔塔盤優(yōu)缺點并存，本設(shè)計的目的就是要盡量放大其具備的優(yōu)點，再進一步縮小其缺點，提高塔盤的處理效率，解決斜孔容易堵塞以及設(shè)計使用方法復(fù)雜等難題，讓其得到工人們的認可，并將其推廣發(fā)揚。整個設(shè)計過程，我通過塔體載荷，塔體的強度等不同方面的數(shù)據(jù)計算來設(shè)計斜孔塔盤的最優(yōu)數(shù)值，根據(jù)計算得出的數(shù)值來進一步確定塔盤的最佳擺放位置與最優(yōu)開孔方式。為了使斜孔塔盤能發(fā)揮其最大的功效，在選材方面也要進行慎重考慮。最后一步就是塔設(shè)備安裝與運輸計劃的制定，以及防腐工作計劃的確定。除此之外，對于斜孔塔盤的加工工藝過程也需有詳細的加工計劃。
關(guān)鍵詞：斜孔塔盤；精餾塔；噴射型；板式塔；DN1100；設(shè)計
ABSTRACT
I designed DN1100 oblique-hole distillation column, in which DN1100 represents the length of the inner diameter of the tower. The oblique-orifice distillation tower is a kind of plate-type tower. Its tray adopts oblique-orifice tray, which fully combines the advantages of sieve tray and float valve tray. The oblique-orifice tray belongs to jet-type tray, which is similar to sieve-orifice tray. Its flow state is more reasonable than sieve-orifice tray and its performance is superior to sieve-orifice tray. However, there are some shortcomings similar to the sieve tray. If the design method and use skills are incorrect, it is easy to be misunderstood as small elasticity, poor operation and not paid attention to. Compared with the valve tray, the elasticity of the valve tray is not as good as that of the valve tray, but the throughput of the valve tray is much larger than that of the valve tray. The oblique hole tray has both advantages and disadvantages. The purpose of my design is to enlarge its advantages as far as possible, further narrow its disadvantages, improve the tray's treatment efficiency, solve the problems of easy blockage of oblique hole and complex calculation method, so that it can be recognized by workers and promoted. Throughout the whole design process, I design the optimum value of the inclined hole tray by calculating the mass of the tower, the load of the quality of the tower equipment, the strength of the tower body and other data. According to the calculated value, I further determine the optimum position of the tray and the optimum opening mode. In order to make the oblique orifice tray play its most effective role, careful consideration should also be taken in material selection. In addition, a detailed processing plan is also needed for the industrial process of inclined hole tray.
Key words: sieve tray tower; tray; reducing liquid;Inclined hole tray
目錄
1概 述 1
1.1塔設(shè)備的簡介 1
1.2 精餾塔的簡介 1
1.3 斜孔塔盤的介紹 2
1.4 DN1100斜孔式精餾塔的介紹 2
2塔體結(jié)構(gòu)設(shè)計 2
2.1塔體設(shè)計內(nèi)容 3
2.1.1設(shè)計數(shù)據(jù) 3
2.1.2塔體結(jié)構(gòu)圖 3
2.2 材料型號的選擇確定 4
2.3塔體、封頭壁厚計算及確定 4
2.3.1塔體厚度的計算 4
2.3.2封頭厚度計算 5
2.4塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算 5
2.4.1塔體總質(zhì)量計算 5
2.4.2風載荷與風彎矩計算 6
2.4.3地震彎矩計算 7
2.4.4最大彎矩 8
3塔體的強度校核 10
3.1.塔體的強度及軸向穩(wěn)定性校核 10
3.1.1塔體危險截面軸向應(yīng)力計算 10
3.1.2塔體危險截面強度及軸向穩(wěn)定性校核 10
3.2裙座的強度及穩(wěn)定性計算與核驗 10
3.2.1裙座底部危險截面軸向應(yīng)力計算： 11
3.2.2裙座維修檢查孔洞截面的強度計算與校核 11
3.2.3裙座底部焊縫強度的計算與校核 12
3.3水壓試驗時塔體的強度計算和穩(wěn)定性核驗 12
3.3.1水壓試驗時塔體截面的強度校核與計算 12
3.3.2水壓試驗時裙座底部截面的強度和軸向穩(wěn)定性校核 12
4 基礎(chǔ)環(huán)板與開孔設(shè)計 13
4.1基礎(chǔ)環(huán)板設(shè)計 13
4.1.1基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)外徑的確定 13
4.1.2混泥土強度校核 13
4.1.3基礎(chǔ)環(huán)板厚度設(shè)計 13
4.1.4地腳螺栓的設(shè)計與數(shù)據(jù)計算 14
4.1.5筋板的設(shè)計與計算 15
4.1.6蓋板的設(shè)計和計算 16
4.2開孔及開孔補強的計算與核驗 16
4.2.1甲苯進口N02開孔及開孔補強 16
4.2.2苯進口N04開孔及開孔補強 18
4.2.3甲苯出口N08開孔及開孔補強 19
4.2.4人孔開孔及其開孔補強 21
5 精餾塔輔助裝置的介紹與選擇 23
5.1管殼式換熱器的介紹與選擇 23
5.2冷凝器 24
5.3再沸器的介紹與選擇 24
5.4塔釜隔板的介紹與選擇 25
5.5加熱蒸汽鼓泡管 26
5.6接管結(jié)構(gòu)的選擇 26
5.7溢流裝置的介紹以及安裝方式選擇 26
6 塔設(shè)備的制造、安裝及運輸 28
6.1制造，組裝與安裝 28
6.2焊接及其特點與熱處理 29
6.3塔器的腐蝕與防腐措施 29
參考文獻 30
致謝 31
附錄 33
1概 述
1.1塔設(shè)備的簡介
塔設(shè)備是化工，石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣液兩相之間進行緊密接觸，從而達到傳質(zhì)傳熱的效果。精餾和萃取是塔設(shè)備完成的最為常見的操作。塔設(shè)備還可以對氣體進行清洗，干燥與冷卻回收。
塔設(shè)備主要是分為了板式塔與填料塔兩大類。顧名思義,板式塔內(nèi)會裝有一定數(shù)量的塔板，兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。板式塔種類繁多，各種塔種都有各自的優(yōu)缺點，因而所作為的比較都有一定的相對性。而且，近年來有人認為，不管塔盤構(gòu)造如何，只要在最適合的條件下即可以達到良好的操作，從而否認了在塔盤結(jié)構(gòu)上下大功夫的必要性。但是，事實上，塔盤的結(jié)構(gòu)會影響流體力學(xué)狀態(tài)和傳質(zhì)性能，故而對它的研究是十分必要的。對塔型的評價具體可以分為以下幾個方面比較：生產(chǎn)能力，塔板效率，操作彈性，氣體通過塔盤的壓力降，造價，操作是否方便等。通過一些簡單的對比，浮閥塔盤在效率與價格等方面都比泡罩塔強，所以應(yīng)用廣泛。篩板塔造價低廉，壓力降小，除操作彈性較差外，其他性能接近浮閥塔盤，這是篩板塔盤今年來使用廣泛的原因。
1.2 精餾塔的簡介
精餾塔是進行精餾的一種塔式汽液接觸裝置。利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，通過加熱使沸點較低的組分蒸發(fā)來實現(xiàn)分離的目的。精餾塔是一種應(yīng)用極為廣泛的傳質(zhì)傳熱裝置。
精餾塔主要類型有：板式塔與填料塔。連續(xù)精餾和間接性精餾是其兩種不同的操作方式。
塔盤等于塔板，是板式塔氣液兩相接觸傳質(zhì)的部位，也是板式精餾塔的核心位置，其形式多種多樣，包括：泡罩塔盤，浮閥塔盤，篩孔塔盤，舌型塔盤，斜孔塔盤，網(wǎng)孔塔盤，導(dǎo)向浮閥型塔盤，穿流型塔盤，旋流型塔盤以及其他塔盤。工業(yè)發(fā)展迅速，為了實現(xiàn)工業(yè)要求，所以陸續(xù)改造出各種新塔型，正是如此才衍生出這么多種塔盤。本次設(shè)計是斜孔塔盤，所以只會介紹有關(guān)斜孔塔盤的知識。決定塔的操作性能主要由三大部分組成：氣體通道，溢流堰，降液管。
1.3 斜孔塔盤的介紹
斜孔塔盤是屬于噴射型塔盤，近似于篩孔塔板，流動狀態(tài)比篩孔塔板合理，性能比篩孔塔板優(yōu)越。不過也有類似篩孔塔板一定的缺點，如有設(shè)計方法和使用計較不正確，容易被誤會為彈性小，不好操作而得不到重視。其與浮閥相比，彈性不如浮閥，但處理量大大超過浮閥。
斜孔塔盤上沖有一定形狀的斜孔，斜孔開口方向與液留方向垂直，相鄰兩排斜孔的開口方向相反，避免了氣液并流所造成的液留不斷加速和某些塔盤的氣流對吹現(xiàn)象，因而液層均勻，霧沫夾帶量小，塔板效率有所提高。但因為斜孔塔盤的開孔是固定的，因此，操作彈性比浮閥塔盤小。
斜孔：目前工業(yè)上采用的是K型斜孔，除前端開口外，兩側(cè)也開口，孔的周邊向里彎曲。斜孔的尺寸，可根據(jù)具體情況而變化，而且也可以通過改變斜孔開口高度來改變斜孔的開口面積。通常的開口長度為18mm，開口高度為4-6mm。開孔面積可根據(jù)開口的幾何尺寸來計算。
斜孔塔盤在正常操作時，斜孔開口的氣體動能因數(shù)可取12-15，當要求較大的操作彈性時，可選取較高的動能因素，此外相應(yīng)的塔板阻力及霧沫夾帶也有所增加。確定了開口除的氣體動能因數(shù)，就可以算出相應(yīng)的氣體孔速和塔板開孔率。
1.4 DN1100斜孔式精餾塔的介紹
斜孔孔式精餾塔是屬于板式塔的一種，其所使用的塔盤是斜孔塔盤。斜孔塔誕生的時間是比較晚，但隨著工業(yè)水平的發(fā)展，科學(xué)家們通過對結(jié)合篩板塔，浮閥塔的優(yōu)點進行改造得到的現(xiàn)在的斜孔式塔盤，由于結(jié)構(gòu)簡單，工作效率高的斜孔塔盤得到工業(yè)上的重視，又通過大量的實驗研究以及工業(yè)上的實踐，人們對斜孔塔盤有了更加全面的認識與了解，同時也對斜孔塔的技術(shù)有了質(zhì)變的提升，所以現(xiàn)在的斜孔塔盤技術(shù)趨于成熟，從此之后，斜孔塔便得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。斜孔式精餾塔有其獨有的優(yōu)勢，造價低廉，壓力降小，效率高，霧沫夾帶量小，所以目前在精餾塔里面是應(yīng)用非常廣泛的，本次設(shè)計就是斜孔式篩板塔對甲苯，苯混合溶液的精餾，具體設(shè)計見下文。
2塔體結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1塔體設(shè)計內(nèi)容
2.1.1設(shè)計數(shù)據(jù)
表1 設(shè)計參數(shù)
設(shè)計壓力MPa
0.35
介質(zhì)
笨，甲苯
設(shè)計溫度 ℃
115
介質(zhì)特性
易燃 中度危害
腐蝕余量mm
4
壓力容器類別
一類（D1）
水壓試驗壓力
0.6
地震基本烈度
8（0.1g）
設(shè)計風壓N/㎡
400
地震分組
第一組
焊接接頭系數(shù)
0.75
場土地類別
Ⅱ
殼體材料
16MnR
場地土粗糙類別
B
裙座材料
組合件
保溫層材料與厚度mm
巖棉/90
塔高
23m
塔內(nèi)徑
1100mm
2.1.2塔體結(jié)構(gòu)圖
圖一 板式塔結(jié)構(gòu)
圖2 塔體分段示意圖
2.2 材料型號的選擇確定
塔體與裙座材料選用Q345R，其中
塔板材料選用Q235·B，塔體與裙座對接焊接，塔體焊接頭焊接系數(shù)
2.3塔體、封頭壁厚計算及確定
2.3.1塔體厚度的計算
根據(jù)剛度和強度的嚴格要求，確定塔體厚度最小極限值
考慮到腐蝕余量C=4mm，經(jīng)圓整，取
塔體厚度：
2.3.2封頭厚度計算
采用的是標準橢圓形封頭
考慮到腐蝕余量C=4mm，經(jīng)圓整，取
封頭厚度：
2.4塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算
2.4.1塔體總質(zhì)量計算
①、裙座質(zhì)量
=5*330+24*330+2*180=9930kg
②、人孔、法蘭、接孔等附件質(zhì)量
=0.2M01=0.2*9930=1986kg
③、內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量
=P/4*1.3*1.3*54*65=4660kg
④、保溫層質(zhì)量
=p/4*（1.504*1.504-1.324*1.324）*30*799=4639kg
⑤、平臺，扶梯質(zhì)量
=400*5+40*30=3200kg
說明：平臺數(shù)量n=30，扶梯使用籠式扶梯，單位質(zhì)量為40kg/m，平臺共有五層，每層400kg，
⑥、操作時物料質(zhì)量
⑦、充水質(zhì)量
⑧、整個塔器的操作質(zhì)量
M0=M01+M02+M03+M04+M05+Ma=28141kg
⑨、全塔最大極限質(zhì)量
57595kg
⑩、全塔最小極限質(zhì)量
2.4.2風載荷與風彎矩計算
風載荷，
式中 K1=0.7，塔高23M，Di=1100mm時，取k2=1.6；
當?shù)仫L壓，
把塔按高度來分成三部分：
0~8米 部分：L1=8-0=8m，f1=1.00
8~16米 部分：L2=16-8=8m，f2=1.24
16~23米 部分：L3=23-16=7m，f3=1.44
塔體外殼有效直徑：樓梯外加寬度取380mm
根據(jù)每部分的平均值取值 =1109+2×100+380+580=2269mm.
塔體每一部分的風力：
0~8米：0.7×1.6×380×1.00×8×2.524=8593.7N，
8~16米：0.7×1.6×380×1.24×8×2.524=10656N，
16~23米：1.6×1.44×380×0.7×7×2.524=10828N。
=
=0.5*8593.7*2500+10656*10000+10828*20000=333861250 N.mm
裙座的維修檢查孔處的彎矩應(yīng)力計算（大約離地面0.6米）：
=0.92*8593*4700+10656*14200+10828*24200= 450508932 N.mm
裙座的底部彎矩應(yīng)力計算：
式中
L1表示裙底底座到標高處的高度8m，則L1=8-0=8m。
=0.7*1.6*380*1*8*2.524=9130N.
8593*5000+10656*15000+10828*25000=473505000 N.mm
2.4.3地震彎矩計算
表2場地土的特性周期：
設(shè)計場地
場土地類型
分組
一
二
三
四
第一組
0.25
0.35
0.45
0.55
第二組
0.30
0.40
0.50
0.60
第三組
0.35
0.45
0.55
0.65
表3地震影響系數(shù)的最大值：
設(shè)防度
7
8
9
最大值
0.1
0.2
0.3
所以，=0.08， =0.35，
地震力計算：
M表示塔每一米的質(zhì)量，m=800kg/m；H—塔高=23m。
I—塔截面的形心軸慣性矩，=0.022
T1 = =0.916s
所以，
；
地震彎矩計算：
=52362N.m=
=549280.74N =
=41923.7N*m =
1.25*5.49*=6.86*N.mm
1.25*5.23*=6.537*N.mm
1.25*4.19*=5.237*N.mm
2.4.4最大彎矩
*
故
3塔體的強度校核
3.1.塔體的強度及軸向穩(wěn)定性校核
3.1.1塔體危險截面軸向應(yīng)力計算
3.1.2塔體危險截面強度及軸向穩(wěn)定性校核
；
系數(shù)k=1.3.
所以滿足條件。
⑶塔體危險截面抗拉強度計算與核驗：
根據(jù)計算結(jié)果可知各系數(shù)滿足整個塔體的強度、剛度及穩(wěn)定性要求。
3.2裙座的強度及穩(wěn)定性計算與核驗
內(nèi)徑厚度厚度附加量，則裙座的實際有效厚度為
3.2.1裙座底部危險截面軸向應(yīng)力計算：
操作時全塔質(zhì)量引起的壓應(yīng)力
風載荷引起的彎曲應(yīng)力：
抗壓強度及軸向穩(wěn)定性驗算： 式中
系數(shù)
根據(jù)計算結(jié)果可知各系數(shù)滿足整個塔體的強度、剛度及穩(wěn)定性要求。
3.2.2裙座維修檢查孔洞截面的強度計算與校核
裙座維修檢查孔洞截面的軸向應(yīng)力計算.
壓強度及軸向穩(wěn)定性驗算：
根據(jù)計算結(jié)果可知各系數(shù)滿足整個塔體的強度、剛度及穩(wěn)定性要求。
3.2.3裙座底部焊縫強度的計算與校核
因為此塔裙座與塔體采用對接焊，焊縫的組合拉應(yīng)力為：
3.3水壓試驗時塔體的強度計算和穩(wěn)定性核驗
3.3.1水壓試驗時塔體截面的強度校核與計算
按式校核式中 --直立進行水壓試驗時的水壓試驗壓力，--液體靜壓力，塔高為23m，扣除裙座高度4m，水壓測試時，塔內(nèi)實際液體高度為19m，故取。
∵ 故滿足水壓試驗強度要求。
3.3.2水壓試驗時裙座底部截面的強度和軸向穩(wěn)定性校核
，故水壓試驗時裙座底部0-0截面滿足穩(wěn)定性要求。
4 基礎(chǔ)環(huán)板與開孔設(shè)計
4.1基礎(chǔ)環(huán)板設(shè)計
4.1.1基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)外徑的確定
外徑
內(nèi)徑
4.1.2混泥土強度校核
正常操作時：
經(jīng)計算，滿足強度要求。
4.1.3基礎(chǔ)環(huán)板厚度設(shè)計
由于塔屬于高型塔，塔底裙座采用的鋼筋結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)環(huán)板采用10均布的地腳螺栓固定，取筋板厚度為，則基礎(chǔ)環(huán)上筋板間的距離為：
筋板內(nèi)側(cè)距離為：
相鄰筋板間最大外側(cè)距離為：
查表可知 ，
基礎(chǔ)環(huán)板采用Q235鋼，其厚度可以計算：
考慮腐蝕余量，取故取基礎(chǔ)環(huán)板。
4.1.4地腳螺栓的設(shè)計與數(shù)據(jù)計算
塔設(shè)備作用在迎風面?zhèn)然A(chǔ)上的最小應(yīng)力根據(jù)
故取
由于設(shè)備有可能傾倒，必須采用地腳螺栓予以固定。選用地腳螺栓的材料為16MnR,該材料的許用應(yīng)力為148MPa，取腐蝕余量為4mm，則地腳螺栓的根徑：
基礎(chǔ)環(huán)面積
表4 地腳螺栓公稱直徑：
根徑/mm
20.75
26.21
31.67
37.12
42.58
50.04
公稱直徑
M24
M30
M36
M42
M48
M56
根據(jù)表格標準，選用M56的地腳螺栓14個。
4.1.5筋板的設(shè)計與計算
地腳螺栓的筋板的個數(shù)為：=3
筋板厚度 筋板寬度
筋板長度 一個地腳螺栓所承受的最大拉力為：
因為
所以，筋板的臨界許用壓應(yīng)力：
筋板的壓應(yīng)力
根據(jù)計算可以得知選擇的筋板合格。
4.1.6蓋板的設(shè)計和計算
蓋板寬度 蓋板間距墊板寬度
地腳螺栓孔直徑地腳螺栓孔直徑
蓋板厚度 墊板厚度
環(huán)形蓋板的最大應(yīng)力的計算如下：
根據(jù)計算結(jié)果可以得知選用的蓋板和墊板合格。
4.2開孔及開孔補強的計算與核驗
表5不另行補強的接管最小厚度mm
接管公稱外徑
25
32
38
45
48
57
65
76
89
最小厚度
3.5
4.0
5.0
6.0
4.2.1甲苯進口N02開孔及開孔補強
1）補強及補強方法判別
（1）補強判別：因本開孔外徑故需另行補強。
（2）補強計算方法
殼體開孔直徑d=394mm 滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故用等面積法進行開孔補強計算。
2）開孔所需補強面積
（1）殼體計算厚度：考慮風載荷對塔體的影響，取
（2）強度削弱系數(shù)
（3）接管有效厚度
開孔所需補強面積為：
3）有效補強范圍：
有效寬度B：
（2）有效高度:
外側(cè)有效高度： 取小值，故
內(nèi)側(cè)有效高度：取小值，故
4）有效補強面積：筒體多余金屬面積：
（1）接管多余金屬面積：
接管計算厚度
（2）接管區(qū)焊縫面積（焊腳為9mm）：
（3）有效補強面積：s
∵ 故需另行補強。
（4）所需另行補強面積：
擬采用補強圈補強。
5）補強圈設(shè)計：根據(jù)接管公稱直徑選補強圈，參照補強圈標準取補強圈外徑內(nèi)徑因補強圈在有效范圍內(nèi)。
考慮鋼板負偏差量并經(jīng)圓整，取補強圈名義厚度。
4.2.2苯進口N04開孔及開孔補強
1）補強及補強方法判別
（1）補強判別：因本開孔外徑，故需另行考慮補強。
（2）補強計算方法判別：開孔直徑
本凸形封頭開孔直徑滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故用等面積法進行開孔補強計算。
2）開孔所需補強面積
（1）封頭計算厚度
（2）開孔所需補強面積
3）有效補強范圍：
有效寬度：B,
（1）有效高度：
外側(cè)有效高度：，取小值，故
內(nèi)側(cè)有效高度：，取小值，故
（2）有效補強面積：
（3）筒體多余金屬面積：
（4）接管多余金屬面積：
（5）接管區(qū)焊縫面積（焊腳取8mm）：
（6）有效補強面積：
故需另行補強
4）所需另行補強面積：擬用補強圈設(shè)計。
5）補強圈設(shè)計
根據(jù)接管公稱直徑DN250選補強圈，參照補強圈標準，取補強圈外徑內(nèi)徑。因，補強圈在有效范圍內(nèi)。
經(jīng)圓整取補強圈名義厚度，
4.2.3甲苯出口N08開孔及開孔補強
1）補強及補強方法判別
（1）補強判別：因本開孔外徑，故需另行考慮補強。
（2）補強方法判別：開孔直徑：
本凸形封頭開孔直徑。滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。
2）開孔所需補強面積
（1）封頭計算厚度：
（2）強度削弱系數(shù)：，
3）有效補強范圍
有效寬度：
有效高度：
外側(cè)有效高度：
取小值，故
內(nèi)側(cè)有效高度：
取小值，故
4）有效補強面積
（1）筒體多余金屬面積：
（2）接管多余金屬面積：
接管計算厚度：
（3）接管區(qū)焊縫面積（焊腳為9）：
（4）有效補強面積：
故需另行補強。
5）所需另行補強面積：
擬采用補強圈補強。
6）補強圈設(shè)計
根據(jù)接管公稱直徑選補強圈，參照補強圈標準取補強圈外徑，內(nèi)徑。因，補強圈在有效范圍內(nèi)。
經(jīng)圓整，取補強圈名義厚度為：
4.2.4人孔開孔及其開孔補強
1）補強及補強方法判別
（2）補強判別：因本開孔外徑，故需另行考慮補強。
（3）補強計算方法判別
開孔直徑：
本筒體開孔直徑滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故用等面積法進行開孔補強計算。
2）開孔所需補強面積：
筒體計算厚度：，強度削弱系數(shù)：
開孔所需補強面積：
3）有效補強范圍
（1）有效寬度：B
取大值，故
（2）有效高度：
外側(cè)有效高度：，取小值，故
內(nèi)側(cè)有效高度：，取小值，故。
4）有效補強面積
（1）筒體多余金屬面積：
（2）接管多余金屬面積：
（3）接管區(qū)焊縫面積（焊腳位9mm）：
（4）有效補強面積： 故需另行補強。
5）所需另行補強面積：擬用補強圈補強。
6）補強圈設(shè)計：
根據(jù)接管公稱直徑選補強圈，參照補強圈標準取補強圈外徑。因.補強圈在有效范圍內(nèi)。
補強圈厚度為： 圓整取。
5精餾塔輔助裝置的介紹與選擇
精餾裝置的主要附屬設(shè)備包括管殼式換熱器、冷凝器、再沸器、塔釜隔板，以及塔對外的連接管路、泵和高位槽。這些方面的選型設(shè)計要運用流體力學(xué)和傳熱學(xué)的基本知識來解決。
5.1管殼式換熱器的介紹與選擇
換熱設(shè)備是進行各種熱量交換的設(shè)備，在斜孔式精餾塔中是必不可少的。根據(jù)換熱目的可分為加熱器，冷卻器，冷凝器及再沸器，根據(jù)使用條件的不同，其又有多種形式與結(jié)構(gòu)。按照傳熱方式的不同，換熱器可分為：混合換熱器和蓄熱換熱器。蓄熱換熱器是熱量傳遞通過格子磚或填料等蓄熱體內(nèi)完成的換熱器。
管殼式換熱器，又稱為列管式換熱器。憑借它堅固的結(jié)構(gòu)，耐高溫，高壓的性能，成熟的制造工藝，較強的工藝適應(yīng)性及選材范圍廣等優(yōu)點，使其在工程所用換熱設(shè)備中占據(jù)主導(dǎo)地位。間壁式換熱器是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種換熱器。
管殼式換熱器屬于間壁式換熱器的一種。由于管束和管體結(jié)構(gòu)的不同，管殼式換熱器又可以分為固定管板式，浮頭式，填料函式，U型管式與薄管板式。
固定板式換熱器的結(jié)構(gòu)緊湊簡單，管板薄，造價低，優(yōu)勢非常的明顯，但缺點也很致命，就是這種換熱器的管束和管間很難進行清洗，所以在選用時需慎重。
浮頭式換熱器，這個換熱器結(jié)構(gòu)有點特殊，它一端管板是固定的，另一端呢，則可以在這個殼體內(nèi)自由移動，所以管殼與管壁之間不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力，并且這個管束可以隨時的抽出。所以對于清洗工作是非常的方便。但是這種換熱器的結(jié)構(gòu)非常非常的復(fù)雜。他對于金屬的使用消耗量是很巨大的，所以成本以及制造難度也是非常的大。如果浮頭的地方不小心發(fā)生了內(nèi)漏，檢查工作也是相對復(fù)雜的。因為他都是一些死角，不便于檢查。如果是管束與殼體之間的間隙太大的話，還會影響傳熱，從而降低效率。并且浮頭式換熱器的使用場合也比較單一，它僅僅適用于管殼溫差較大，和介質(zhì)容易產(chǎn)生污垢的地方。
填料函式換熱器，這一種換熱器的結(jié)構(gòu)也有點特殊，它管束的一端發(fā)生可以自由膨脹。而且制造材料要更加的簡單，所以成本要比浮頭式換熱器要便宜許多。它的優(yōu)點也很明顯，就是檢修、清洗起來非常的方便與容易。填函處如果發(fā)生了泄漏，能夠很明顯的發(fā)現(xiàn)。但是如果殼程那里有介質(zhì)發(fā)生外漏的情況，殼程中將不宜處理這一問題。并且呢，這一種換熱器他不能夠處理容易揮發(fā)的物質(zhì)，容易著火的物質(zhì)也處理不了，容易爆炸和有毒的，那更加難處理了。
U型管式換熱器,這一種換熱器，U型管的結(jié)構(gòu)相對而言還是比較的簡單，因為它只由一個管板構(gòu)成。但是呢，他的管程必須得要有兩層。管束的清洗工作也是非常的方便的，因為它可以隨時從里面取出來進行清洗。并且管子，具有一定的柔性，它可以自由地發(fā)生膨脹。但是缺點也是存在的，那就是管子的內(nèi)部不好怎么去清洗，因為這個管子他的層數(shù)比較多，所以清潔起來會比較麻煩，并且管板上布置的管子比較少，管內(nèi)結(jié)構(gòu)不是很緊湊，有點松垮。管外的介質(zhì)很容易就會發(fā)生短路的情況，這樣會很容易影響到傳熱的效果。并且它內(nèi)層的的管子比較多，如果發(fā)生損壞的情況，更換起來將會非常的困難。
當殼程介質(zhì)是氣-液兩相流體時，需要為蒸汽留有適量的空間，帶蒸發(fā)空間的臥式換熱器就是為考慮這種具有傳熱和蒸發(fā)的雙重工作狀態(tài)而設(shè)計的，這種臥式換熱器是在殼體的上部設(shè)置一定的蒸發(fā)空間，同時兼做蒸汽室用。蒸汽室的尺寸由蒸汽性質(zhì)和蒸發(fā)速度決定，液面的最低高度應(yīng)比加熱管管束的最上部高出約50毫米，加熱管束可制成浮頭式，U形管式和管殼式。該種換熱器適用于壓力高且建制較污濁的工況清晰，管件及維修都比較方便
根據(jù)各種換熱器的優(yōu)缺點來分析，對于甲苯-苯溶液的蒸餾，我會選擇使用U形管束帶蒸發(fā)空間的臥式換熱器，由于該種換熱器結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，方便清洗與維修，所以非常適合于我設(shè)計的斜孔式精餾塔。
5.2冷凝器
冷凝器的作用是使蒸發(fā)上來的氣體溫度降至沸點以下，以至于蒸汽能變化成液態(tài)來進行物料的回收。冷凝器往往是管裝式的，并且有足夠大的空間來容納吸收進來的氣體，氣體經(jīng)過降溫冷卻之后液化變?yōu)橐后w來實現(xiàn)回收。
冷凝器是這個斜孔式精餾塔中必須安裝的設(shè)備之一。因為冷凝器的作用非常的強大，它能使蒸汽快速液化，從而進行回收。冷凝器的效果越好，蒸餾的工作效率就會越高。提取出來的物料純度也就會越高。所以我們選擇冷凝器的時候，不僅要考慮其安裝的位置，還要選擇品質(zhì)精良的冷凝器，一勞永逸豈不美哉！
冷凝器是非常容易被腐蝕的器械之一，所以在安裝之后一定加強防腐工作，防腐工作做的好，可以提高冷凝器的使用壽命，還能大大降低我們的投資成本。
冷凝器安裝位置可分為：整體式、自流式和強制循環(huán)式。
根據(jù)我設(shè)計的斜孔式精餾塔的特性，我會選擇強制循環(huán)式的安裝方式來進行冷凝器的安裝，這樣不僅能夠有效的降低蒸汽的溫度，能有效的收集液化的氣體，提高工作效率。更便于日后的維修維護，清洗工作以及冷凝器的更換。
5.3再沸器的介紹與選擇
再沸器的大小，取決于處理能力，操作條件（回流比于加料情況）以及操作方式（間歇或連續(xù)）等因素。間歇操作的再沸器比連續(xù)操作的大，冷液進料比飽和蒸汽進料的大。對于小型的塔，再沸器可直接安裝在塔底，裝在塔底部的再沸器的橫截面要比塔體的橫截面大。對于不易起泡沫的液體，釜中裝液為80%，對于易起泡沫的液體，釜中裝液不超過65%，為了避免帶液過多，釜中液面至最低塔版的距離至少在0.5到0.7米以上。對于較大型的塔，再沸器一般安裝在塔外，考慮到傳熱面積是決定塔彈性負荷的主要因素之一，所以設(shè)計再沸器的傳熱面積時，必須采用合適的傳熱系數(shù)。
由于本次設(shè)計的精餾塔屬于大型的塔器，我會采用立式的再沸器，并將其安裝在塔外，以便于效率最大化，安裝維修最簡化。
5.4塔釜隔板的介紹與選擇
精餾塔采用熱虹吸熱式再沸器，他依靠液體在再沸器內(nèi)部分氣化后形成的，密度小于塔釜熱液的氣-液混合物，利用這一密度差產(chǎn)生的產(chǎn)生的靜壓差，使液體自動地從塔底流入再沸器，加熱后變成氣-液混合物，然后再返回塔釜。為了使這種再沸器能穩(wěn)定工作，必須使釜底內(nèi)溶液層高度維持恒定，因此宜在塔釜設(shè)置垂直隔板。
釜底隔板分為：部分循環(huán)式塔釜隔板，直流式塔釜隔板，平衡式塔釜隔板三大類。
部分循環(huán)式塔釜隔板：優(yōu)點在于允許采出側(cè)液面波動，因為它只起緩沖作用而不影響重沸器工況，塔釜重沸器來的液相僅有一部分是循環(huán)的，另一部分溢流至采出測是不循環(huán)的。故而分離效率較高，當釜液組分的沸點差較大時，進重沸器料液的溫度，會稍低與采出測的釜液溫度。這種結(jié)構(gòu)的的缺點是重沸器側(cè)構(gòu)成封閉循環(huán)，當物料中有固體生成時，重沸器側(cè)易沉淀固體，造成重沸器堵塞。該結(jié)構(gòu)要求最底層塔盤的降液板和隔板之間有一定的靜液封高度，常取400mm，隔板上緣至塔板的距離不小于塔板間距Ht。隔板的其他尺寸可從方便檢修的角度選取。
直流式塔釜隔板：直流式塔釜隔板構(gòu)成了一次通過型的熱虹吸回路，它的優(yōu)點是物料在回路中的停留時間最短，使用于熱敏性物料或釜底組分沸點差較大的系統(tǒng)，也常用與物料易結(jié)焦的場合，然而它的操作穩(wěn)定性較差。應(yīng)用于物料容易自聚，結(jié)構(gòu)的場合，以便取出清洗。
平衡式塔釜隔板：特點是去再沸器的物料于釜底不相結(jié)合，但在隔板下部開有平衡孔，它保證了去再沸器液體的最低液位，既保證了熱虹所需的最少推動力，從而可使操作穩(wěn)定。
本次斜孔式精餾塔我選擇使用直流式塔釜隔板，結(jié)合直流式塔釜隔板的優(yōu)點，更加適合甲苯與苯溶液的精餾。
5.5加熱蒸汽鼓泡管
進料釜采用直接蒸汽加熱時，加熱蒸汽鼓泡管殼要依據(jù)下列數(shù)據(jù)進行設(shè)計：鼓泡管上吹氣孔的孔徑通常為5-10毫米，各孔中心相距5-10倍孔徑。吹氣孔一般排列在鼓泡管的下方和側(cè)方。全部吹氣孔的總截面面積為鼓泡管截面積的1.25-1.5倍。
5.6接管結(jié)構(gòu)的選擇
進料管：當塔直徑大于800毫米時，人可以直接進入塔內(nèi)進行維修工作，且在物料清凈不易聚合的情況下，我們通常會使用結(jié)構(gòu)較為簡單的進料管。如果塔直徑小于800毫米，人不方便進入塔內(nèi)進行維修工作，為了能方便檢修，進料管應(yīng)采用帶外套管的可拆結(jié)構(gòu)。如果發(fā)生問題的時候，就可以拆下來進行維修，不會耽誤塔的正常工作。我設(shè)計的斜孔式精餾塔的設(shè)計直徑是1100毫米，大于800毫米，所以我們在選擇進料管的時候可以選擇那種結(jié)構(gòu)簡單的進料管，這樣即方便出現(xiàn)問題是維護，也可以減少更換管道的難度。
出料管：當塔支座直徑小于800毫米是，塔底出料管應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)簡單的管子，這種管子內(nèi)部有彎管段和法蘭短節(jié)，法蘭短節(jié)旁邊的管壁就是原管壁，不需要再修改。當塔支座的直徑大于800毫米時，出料管要采用結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的出料管，該出料管也是有彎管段和法蘭短節(jié)，但是管壁上必須在添加一小截段管來包住這根出料管，而且在出料管上要焊接三塊支撐扇鋼，以便講出料管安裝在引出管通道里。為了方便安裝出料管，出料管外形的尺寸有嚴格的要求，必須要小于支座內(nèi)徑尺寸，引出管道直徑應(yīng)大于出料管法蘭的外徑。我設(shè)計的斜孔式精餾塔塔直徑是1100毫米，屬于第二種類型，所以選擇的出料管結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如果出現(xiàn)問題時，維修起來可能會相對麻煩一點。
進氣管：但氣體分布要求不高時，用簡單結(jié)構(gòu)式的進氣管即可，當塔徑較大，進氣要求均勻的時候，必須使用復(fù)雜型的進器管，該進氣管上要開有三個排出氣的小孔。管徑及小孔直徑和數(shù)量，由工藝條件來決定。當蒸汽是直接加熱釜液時，蒸汽會進入管安裝在液面以下，管小孔是朝下方或斜下方，而一般的進氣管應(yīng)該安裝在液面以上，小孔朝向上方或者是斜上方。
5.7溢流裝置的介紹以及安裝方式選擇
塔板上的溢流裝置包括降液管，溢流堰，受液盤等部件。
降液管是塔板間液體流動的通道，也是溢流液中夾帶的氣體得以分離的場所。降液管分為圓形與弓形兩種。由于本次設(shè)計的斜孔精餾塔屬于大型塔，液體負荷偏大，所以采取弓形方式。此外，弓形降液管有兩種形式。一種是把弓形降液管固定在塔板上，但是這種方式不適合我這種大型的精餾塔，而另一種是堰與壁之間全部區(qū)域都作為降液空間，這種方式對于本次設(shè)計的精餾塔就最為事宜，這不僅可以提高塔板的利用率，還方便制造與焊接。
溢流堰的作用是維持板上有一定的液層，并使液流均勻。
受液盤以及入口堰，受液盤有凹形和平形兩中形式。不同型式的受液盤對液相抽出，降液管的液封與液體流入塔板的均勻性是有影響的。由于本次設(shè)計的精餾塔直徑長達1100毫米，所以我會選擇凹形受液盤，原因如下：凹形受液盤便于液體的側(cè)線抽出，在液流量較低時仍可形成良好的液封，對改變液體流向有緩沖作用。
6 塔設(shè)備的制造、安裝及運輸
塔設(shè)備的制造必須根據(jù)國家制定的規(guī)定來進行制作，不能隨意而行，否則很容易出現(xiàn)安全事故，后果將不堪設(shè)想，制造中必須根據(jù)兩大原則：第一個是對材料的檢驗，第二個是要考慮材料的性質(zhì)，在加工過程中材料受熱或受冷會發(fā)生的變形。如果鋼板中簡層彎曲半徑大于鋼板厚度越二十二的時候，我們應(yīng)該采取冷彎，如果彎曲半徑小于等于鋼板厚度二十的時候，彎卷前必須得進行加熱處理。
6.1制造，組裝與安裝
至于筒體同一斷面中最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑之差，即不圓度的要求。僅對大直徑薄壁圓筒較難得到。對于外加和真空容器。他的幾何形狀不是正圓筒體時。其在載荷不對稱。會由此引起附加的彎曲應(yīng)力。顯然，幾何形狀越不準確，受力的不對稱程度越大。因此，穩(wěn)定系數(shù)也應(yīng)取得越大。外壓及真空容器，由于客體的不圓度將引起附加應(yīng)力。故對不圓度的要求比受內(nèi)壓的容器嚴格。對于大型設(shè)備弱受運輸條件的限制，可分段分片制作。
制造的方法也是分為兩種，一種是分段制造，一種是整體制造。如果是大型塔，我們最好使用分段制造，盡管分段制造在組裝時有會一定的安全隱患，而且在長途運輸過程中，要求有良好的包裝否則會引起塔內(nèi)件松動或變形，但其優(yōu)勢是方便運輸，對于整體制造的話，運輸這一塊是一個大麻煩，塔越小越好運輸，但是整體制造的話，它僅適用于小型的塔，對于大型塔設(shè)備，我們盡量采取分段制造。而且如果是整體制造大型塔，拋除運輸這一塊的話，我們在吊裝的時候也是非常困難的。因為起吊機很難滿足大型塔的起吊過程。對于我制造的斜孔式精餾塔，塔高有23米，塔內(nèi)徑有1100毫米，屬于比較偏大的塔設(shè)備了，所以我只能采用分段制造。在組裝和吊裝的時候，必須要考慮安全性，以及準確性，保證塔能正確組裝完成，并在安裝過程中不能出現(xiàn)任何安全事故。
塔設(shè)備的安裝針對制造時的兩種情況，如果是分段制造，可將分段制造的塔設(shè)備分段零部件，運輸至施工區(qū)進行組裝。如果是針對整體制造的塔設(shè)備，可用大型汽車托運，把設(shè)備拖至施工后，直接用起吊機進行起吊安裝。
6.2焊接及其特點與熱處理
焊接方式的選擇有以下三種：1：碳素鋼的焊接2：低合金鋼的焊接3：異種鋼的焊接。在日常生活中，焊接往往有兩種型式，一種是點焊，第二種是馬焊。點焊呢，顧名思義就是，對焊縫進行一點一點的焊，每個焊點之間保持一定的距離。而馬焊就是把整一個面全部焊滿。具體要使用哪一種方法，要根據(jù)實際情況來抉擇。在焊接的時候，可能會出現(xiàn)炸旱或者燒焊的情況，面對這種情況，我們一定要及時處理。對于一些焊接技術(shù)不是很好的工人來說，焊接的時候還會出現(xiàn)假焊的情況，焊縫從表面上看上去是很的完美，但實際上所焊的點并沒有與母體相融合，從而造成了這一種假象。如果，我們在焊接的時候出現(xiàn)以上三種情況。我們一定要用鐵塊把汗渣給敲掉，然后重新進行焊接。每一次焊完之后，一定要檢查焊縫的質(zhì)量，一定要保證焊液與母體完全的融合在一起，本來把多余的焊渣給剔除掉，保證焊縫的美觀。
6.3塔器的腐蝕與防腐措施
腐蝕是影響塔器設(shè)備及其構(gòu)建使用壽命的關(guān)鍵因素之一，在整個化工行業(yè)中，大約有百分之66的設(shè)備失效都與腐蝕有關(guān)聯(lián)。
金屬是制造設(shè)備最主要的材料，由于其長時間的與強烈腐蝕介質(zhì)以及各種酸，堿，鹽，有機溶劑和腐蝕性氣體等接觸而發(fā)生腐蝕，因此對材料的要求必須具備較好的耐腐蝕性，從而降低不必要的成本。腐蝕還可以對原料和成品造成巨大損失，不僅會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，還會污染環(huán)境，危害人體的健康；腐蝕還可以引發(fā)設(shè)備發(fā)生爆炸，使設(shè)備遭到破壞而影響生產(chǎn)，造成巨大的經(jīng)濟損失甚至危機人的生命安全。所以使用正確的材料以及采用合理的防腐措施是非常有必要的，這對于化學(xué)工業(yè)的發(fā)展有著非常巨大的意義。腐蝕問題我們必須嚴格地重視，因為腐蝕帶來的危害實在是太大了，他不僅僅會降低設(shè)備的壽命，甚至還可能會帶來一定的危險。尤其是鐵鋼制設(shè)備，被腐蝕之后，不僅維修起來特別的麻煩，如果是要更換，那樣所需的成本不可想象。所以我們必須加以重視。我們不僅僅可以采用耐腐蝕性強的材料，還可以采取一定的保護措施。從而，延長設(shè)備的使用壽命，以及提高設(shè)備的工作效率，降低我們的投入成本。如果有腐蝕的情況發(fā)生，一定要進行及時的處理，否則會帶來不可想象的危險。影響生產(chǎn)是小事，但如果是威脅到人身安全那將會追悔莫及呀。
防腐措施通常有三大類：襯覆保護層，電化學(xué)保護，添加緩蝕劑。其中第一個措施運用的最為廣泛，尤其實是應(yīng)用在化工設(shè)備當中。
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致謝
這次設(shè)計總共花了一個多月的時間，在一個月的時間里，為了能更快跟好的完成本次畢業(yè)設(shè)計，我大部分時間都泡在圖書館查閱相關(guān)資料，根據(jù)網(wǎng)上收集到的設(shè)計模板，我先是完成了整體布局，然后根據(jù)書籍上的步驟，一步步的完成了整篇設(shè)計。在設(shè)計過程中我也學(xué)到了非常多使用的技巧，例如word文檔的具體使用，還有就是在畫圖的時候我也再一次鞏固了CAD制圖工具的使用方法。通過書籍我還了解了塔設(shè)備的情況，最開始我以為工業(yè)上應(yīng)用的塔設(shè)備組成應(yīng)該很是簡單，但經(jīng)過實際學(xué)習(xí)與設(shè)計，我才明白這里面的門道，給我一種耳目一新的感覺。整個的設(shè)計過程很是坎坷，第一次通過自主的設(shè)計寫完了整篇畢設(shè)，懷揣著激動的心情來網(wǎng)站進行查重，但是結(jié)果卻差強人意，明明是自己根據(jù)模板修改的，結(jié)果沒想到查重率高到離譜，心情很是低落。但是我并沒有因此而氣餒，在老師的鼓勵與同學(xué)的幫助下，我重新站了起來，并快速整理心情開始第二戰(zhàn)。有了第一次設(shè)計的經(jīng)驗，二戰(zhàn)顯得格外的順手，才花了不到一個禮拜就完成了二稿，在此期間我一絲不茍的對的數(shù)據(jù)進行計算，每當遇到問題我都會找同學(xué)或者老師解決，同學(xué)的耐心幫助以及老師的悉心指導(dǎo)讓我克服了一個一個難關(guān)。直至第二稿徹底寫完，二稿剛剛完成，內(nèi)心即開心又忐忑，因為第一次查重的打擊，內(nèi)心還有些許害怕，但是害怕也沒有用，該面對的終究是要面對。于是我再次鼓起勇氣進入了查重的網(wǎng)站，并把寫好二戰(zhàn)論文上傳上去，上傳之后并沒有直接顯示出結(jié)果，當時已經(jīng)是午夜十二點，我只好關(guān)上電腦趟在床上等待結(jié)果。一整晚都念著查重的事，久久未能入睡。內(nèi)心不好容易平靜下來睡著了，卻還是被一個噩夢給驚醒，看著手機上的時間，才早晨五點，自此我再也無法安心入睡，于是便打開手機反復(fù)看著自己所寫的論文，看著看著居然睡著了。一覺醒來已是上午九點多鐘，看著手機上收到了查重結(jié)果，嘴角頓時流露出笑容，這一次的結(jié)果雖然不是很令人滿意，但最起碼以及過了及格線，內(nèi)心還是非常欣慰。從一戰(zhàn)的倒下再到現(xiàn)在的成功渡劫，感覺自己這兩天的努力并沒有白費，爬下床打開電腦，在看著文檔上自己辛辛苦苦敲打的文字，瞬間感覺到非常的預(yù)約，好似夢
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