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1、毕业设计 循环苯精馏塔设计 学校：天津职业大学 学院：生物与环境工程学院 专业：化工设备检修技术 学号：150231131 班级：15 化设 1 班 指导教师：吴静 姓名：王建文 简介：本设计是苯、乙苯分离工艺流程中从烃化液分离出苯的一个精馏装置,设计的是板式塔中的浮阀塔，精馏过程采用板式塔实现，塔盘形式采用浮阀塔。设计过程中首先依据分离工艺过程要求对塔设备进行了工艺计算，确定了塔径、塔高、塔盘数量和溢流堰等工艺结构尺寸,并对塔附属设备进行了选型；接着对塔设备进行零部件结构设计，确定了塔盘、降液管、溢流堰和封头等结构；随后依据 GB150-2011 压力容器 和 NB/T47041-2014塔
2、式容器 等关于压力容器设计方面的国家标准和相关设计手册对塔设备进行了强度计算和稳定性校核，进一步确定了封头、塔体和裙座的壁厚，并对一些危险截面进行风载荷和地震载荷的校核计算，最后对几种焊接接头进行说明并对塔设备的焊接、制造和检验提出了具体要求。精馏塔国内外发展状况及现状 气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813 年)、筛板塔(1832 年)，其后，特别是在本
3、世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如 S 型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为筛板塔、浮阀塔及泡罩塔，而前者使用尤为广泛。在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。它的应用面广、量大。据统计，塔设备无论其投资费还是所有消耗的钢材重量，在整个过程装备中所占的比例都相当高。精馏塔国内外发展状况及现状 气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气液传质设备，其种类繁多，根据塔板
4、上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813 年)、筛板塔(1832 年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如 S 型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为筛板塔、浮阀塔及泡罩塔，而前者使用尤为广泛。在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。它的应用面广、量大。据统计，塔设备无论其投资费还是所有消耗的钢材重量，在整
5、个过程装备中所占的比例都相当高。精馏原理 精馏是分离液体混合物最常用一种单元操作，在化工、炼油等工业中应用很广。它通过汽、液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向汽相传递，难挥发的由汽相向液相传递，是汽、液两相之间的传质过程。精馏过程中，料液自塔的中部某适当的位置连续地加入塔内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分回入塔顶，称为回流液，其余作为塔顶产品（馏出液）连续排出。在塔内上半部（加料位置以上）上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传递。塔底部装有再沸器（蒸馏釜）以加热液体产生蒸汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底连续排出部分液体
6、作为塔底产品。塔的上半部分（加料位置以上）称为精馏段，塔的下半部分包括再沸器（蒸馏釜）称为提馏段。精馏用于比较难分离的体系，用普通的精馏不能分离的体系则可用特殊的精馏。特殊精馏是在物系中加入第三组分，改变被分离组分的活度系数，增大组分间的相对挥发度，达到有效分离的目的。苯和乙苯的性质 苯（benzene，C H)有机化合物，是组成结构最简单的芳香烃，在常温下为一种无色、有甜味、油状的透明液体，其密度小于水，具有强烈的特殊气味。可燃，有毒，为 IARC 第一类致癌物。苯不溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机剂。熔点为 5.5，沸点为 80.1。如用水冷却，可凝成无色晶体。苯的性质是易取代，难
7、氧化，难加成。苯是一种石油化工基本原料。苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。苯具有的环系叫苯环，是最简单的芳环。乙苯（ethylbenzene，C6H5C2H5）是一个芳香族的有机化合物，主要用途是在石油化学工业作为生产苯乙烯的中间体，所制成的苯乙烯一般被用来制备常用的塑料制品聚苯乙烯。乙苯经过催化脱氢，生成氢气和聚苯乙烯。乙苯也存在与某些颜料中。外观与性状：无色液体，有芳香气味。熔点()：-94.9。沸点()：136.2。相对密度(水=1)：0.87。相对蒸汽密度(空气=1)：3.66。饱和蒸汽压(kPa):1.33(25.9)。临界温度()：343.1。临界压力(
8、MPa)：3.70。闪点()：15。引燃温度()：432。溶解性：不溶于水，可混溶于乙醇、醚等多数有机溶剂。摩尔折射率：8.96,摩尔体积（m3/mol）：45.7。等张比容（90.2K）：91.5,表面张力（dyne/cm）：16.0。介电常数：3.24,偶极距（10-24cm3）：,极化率：3.55。塔设备的选型 填料塔与板式塔的比较 填料塔 板式塔 压降 小尺寸填料，压降较大，而大尺寸填料 及规整填料，则压降较小 较大 空塔气速 小尺寸填料气速较小，而大尺寸填料 及规整填料则气速可较大 较大 塔效率 传统的填料，效率较低，而新型乱堆 及规整填料则塔效率较高 较稳定 效率较高 液-气比 对
9、液体量有一定要求 较大 持液量 较小 较大 安装 检修 较难 较易 材质 金属及非金属材料均可 一般用金属材料 造价 新型填料，投资较大 大直径时造价较低 综合考虑上表各项，板式塔由于比填料塔性能稳定、效率高、安装检修方便及造价低等优点，本设计选用板式塔 塔板的类型与选择 塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类，工业应用以错流式塔板为主，常用的错流式塔板主要有泡罩塔、筛板塔、浮阀塔等。其中泡罩塔是工业上应用最早的塔板，其主要元件为升气管及泡罩。它的优点是操作弹性较大，液气比范围大，不易堵塞，适于处理各种物料，操作稳定可靠。其缺点是结构复杂，造价高；板上液层厚，塔板压降大，生产效
10、率及板效率较低。筛孔塔板简称筛板，结构特点为塔板上开有许多均匀的小孔。筛板的特点是结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压强低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。其缺点是筛孔易堵塞不宜处理易结焦、粘度大的物料。浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的。其结构特点是在塔板上开有若干阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。它的优点是结构简单、制造方便、造价低；塔板开孔率大，生产能力大，操作弹性大及塔板效率高等优点，且加工方便，故有关浮阀塔板的研究开发较其他几种塔型的塔板广泛，是目前新型塔板研究开发的主要方向 裙座 采用圆锥形裙座，塔底常用裙座支撑，裙座的结构性能好，连接处产生的局
11、部阻力小，所以它是塔设备的主要支座形式。因为本设计塔直径小，塔高度过高，采用圆锥形裙座可提高设备的稳定性，降低基础环支撑面上的应力，增加承压面积。裙座与塔体的连接采用焊接，焊接接头形式采用对接接头的形式，焊缝采用全焊透连续焊。除沫器的设计 采用丝网除沫器，丝网除沫器是一气液分离装置，气体通过除沫器的丝垫，可除去夹带的雾沫，结构简单体积小，除沫效率高，阻力小，重量轻，安装、操作、维修方便，丝网除沫器对粒径35um 的雾沫，捕集效率达 98%-99.8%，而气体通过除沫器的压力降却很小，只有 250-500Pa，有利于提高设备的生产效率。设计时人孔在丝网除沫器下方，所以采用下式丝网除沫器 1 塔体
12、上每隔 8 米左右开设一个人孔，其 4 个人孔 2 相应在人孔处安装操作平台，平台宽 B=900mm，单位质量 150kg/m2,包角 180 3 塔体外表面保温层厚度 4 塔器设置地区的基本风压值 5 地震设防烈度为 7 度 6 场地土为类场地土 7 支座为1400，200，高度的圆锥形裙座 8 塔体焊接接头系数，塔体与裙座对接焊 9 塔体与封头的壁厚附加量 C=2mm 裙座的壁厚附加量 C=2mm 10 筒体与封头材料用 20R 裙座材料用 Q235-A 主要工艺参数 数据 塔体内径 Di/mm 1500 塔高 H/mm 36000 计算压力 pc/MPa 0.05 操作温度 t/150
13、塔板数 Np 48 塔盘上清液层高度 hL/mm 83 液 相 介 质 密 度L(kg/m3)752.5 塔釜深度 h0/mm 1500 扶梯高度 HF/mm 35000 筒体计算厚度：（0.05*1500）/（2*123*0.85-0.05）=0.36mm 封头计算厚度：（0.05*1500*1）/（2*123*0.85-0.5*0.05）=0.36mm 加上厚度附加量 C=2mm,并圆整，还应考虑多种载荷，以及制造、运输、安装等因素，取：所以筒体的名义厚度 Sn=7 封头的名义厚度 Shn=7 圆筒质量 塔体圆筒总高度 Ho=36-5-0.65=31.35m =11668.4669Kg 裙座质量 保温材料质量 精馏所进行的是气、液两相之间的传质，而作为气、液两相传质用的塔设备首先必须 要能使气、液两相得到充分接触，以达到较高的传质效率。塔设备设计要具备下列各种基 本要求：1、气、液处理量大，即当生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带，拦液或液泛等破坏操作的现象。2、操作稳定，弹性大，即当塔设备的气、液负荷有较大范围的变动，仍能在较高的传质效率下进行稳定操作，并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。3、流体流动的阻力少，可降低操作费用。4、结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。5、耐腐蚀和不易堵塞，方便操作，调节和检修。6、塔内的滞留量要小