精馏塔的设计
目 录
第1章 工艺综述 ............................................................................................................ 1
1.1 催化裂化的工艺流程 ............................................................................................ 1
1.2分馏塔顶冷却系统工艺 ......................................................................................... 3
1.3 工艺流程图 ............................................................................................................ 3
第2章 塔的工艺设计 .................................................................................................... 4
2.1浮阀塔的工艺设计 ................................................................................................. 4
2.2 塔板的流体力学计算 .......................................................................................... 18
第3章 结构设计 .......................................................................................................... 24
3.1 塔总体高度计算 .................................................................................................. 24
3.2 塔的接管 .............................................................................................................. 25
第4章 塔的强度校核 .................................................................................................. 27
4.1筒体和封头厚度计算 ........................................................................................... 27
4.2 质量计算 .............................................................................................................. 28
4.3 塔的自振周期计算 .............................................................................................. 33
4.4 风载荷计算 .......................................................................................................... 33
4.5 地震载荷计算 ...................................................................................................... 34
4.6 截面的最大弯矩 .................................................................................................. 36
4.7 圆筒轴向应力校核 .............................................................................................. 36
4.8 容器液压试验时的应力校核 .............................................................................. 37
4.9 裙座厚度 .............................................................................................................. 39
4.10 基础环设计 ........................................................................................................ 42
4.11地脚螺栓 ............................................................................................................. 43
4.12裙座与壳体的对接焊缝验算 ............................................................................. 44
第5章 全塔工艺设计结果 .......................................................................................... 45
参考文献 ........................................................................................................................ 47
第1章 工艺综述
1.1 催化裂化的工艺流程
催化裂化装置通常由三大部分组成,即反应再生系统、分馏系统和吸收稳定系统。现以提升管催化裂化为例,对三大系统分述如下。
1.1.1 反应再生部分
新鲜原料(减压馏分油)经换热后与回炼油混合,进入加热炉预热至300~380℃(温度过高会发生热裂解),借助于雾化水蒸气,由原料油喷嘴以雾化状态喷入提升管反应器下部(回炼油浆不经加热直接进入提升管),与来自再生器的高温催化剂(650~700℃)接触并立即气化,油气与雾化蒸汽及预提升水蒸气一起以7~8m/s的线速携带催化剂沿提升管向上流动、边流动边进行化学反应,在470~510℃的温度下停留2~4s,以13~20m/s的高速通过提升管出口,经过快速分离器,大部分催化剂被分出落入沉降器下部,气体(油气和蒸汽)携带少量催化剂经两级旋风分离器分出夹带的催化剂后进入集气室,通过沉降器顶部出口进入分馏系统。
积有焦炭的催化剂(待生剂)自沉降器下部进入汽提段,用过热水蒸气汽提吸附在催化剂表面的油气。经汽提后的待生剂通过待生斜管、待生单动滑阀进入再生器,与来自再生器底部的空气(由主风机提供)接触形成流化床层,进行再生反应同时放出大量燃烧热,以维持再生器足够高的床层温度。再生器密相段温度约6550~700℃顶部压力维持在 0.15~0.25MPa(表),床层线速约为0.7~1.0m/s。再生后的催化剂(再生剂)含碳量小于0.2%,经淹流管、再生斜管及再生单动滑阀进入提升管反应器,构成催化剂的循环。烧焦产生的再生烟气,经再生器稀相段进入旋风分离器,经两级旋风分离器分出携带的大部分催化剂,烟气通过集气室和双动滑阀排入烟囱(或去能量回收系统)。回收的催化剂经旋风分离器的料腿返回床层。
1.1.2 分馏部分
由沉降器顶部出来的高温反应油气进人催化分馏塔下部,经装有挡板的脱过
热段后进入分馏段,经分馏得到富气、粗汽油、轻柴油、重柴油(也可以不出)、回炼油和油浆。塔顶的富气和粗汽油去吸收稳定系统;轻、重柴油分别经汽提、换热、冷却后出装置,轻柴油有一部分经冷却后送至再吸收塔作为吸收剂,然后返回分馏塔;回炼油返回提升管反应器进行回炼;塔底抽、出的油浆即为带有催化剂细粉的渣油,一部分可送去回炼,另一部分作为塔底循环回流经换热后返回分馏塔脱过热段上方(也可将其中一部分冷却后送出装置)。
1.1.3 吸收稳定部分
吸收稳定系统包括吸收塔、解吸塔、再吸收塔、稳定塔及相应的冷换设备,其中吸收和解吸两塔,在有些装置中是叠置起来的,而在有些装置中分开放置。其作用是利用吸收和精馏的原理将富气和粗汽油分成干气、液化气和蒸汽压合格的稳定汽油。
吸收塔和解吸塔的操作压力为1.0~2.0MPa。从分馏系统油气分离器出来的富气经气压机压缩、冷却并分出凝缩油后从底部进入吸收塔。稳定汽油和粗汽油作为吸收剂由塔顶部进入,吸收了C3,C4(同时也会吸收部分C2)的富吸收油从塔底
抽出送至解吸塔顶部。因为吸收是放热过程,故在吸收塔设有1~2个中段循环回流,以维持塔内较低温度。从吸收塔顶出来的贫气中夹带有汽油,经再吸收塔用轻柴油回收其中的汽油组分后成为干气送至瓦斯管网,轻柴油返回分馏塔。
富吸收油中含有C2组分不利于稳定塔的操作,解吸塔的作用是将富吸收油中的C2解吸出来。从压缩富气中分出的凝缩油(C3,C4和轻汽油组分)和富吸收油由顶部进入解吸塔。解吸是吸热过程,操作温度比吸收塔高,塔底有再沸器供热。塔顶出来的解吸气中除含有C2外,还有相当数量的C3,C4所以经冷凝冷却后进入中间罐,重新平衡后气相混入压缩富气进吸收塔,液相混入凝缩油进解吸塔。解吸塔底为脱乙烷汽油,该汽油的C2含量应严格控制,否则会影响稳定塔顶冷凝冷却器的工作效率,并且会由于需要排出不凝气而损失。
1.1.4 能量回收部分
从再生器出来的高温烟气进入三级旋风分离器,除去烟气中绝大部分催化剂微粒后,通过调节蝶阀进入烟气轮机(又叫烟气透平)膨胀作功,使再生烟气的动能转化为机械能,驱动主风机(轴流风机〕转动,提供再生所需空气。开工时无高温烟气,主风机由电动机(或汽轮机,又称蒸气透平)带动。正常操作时如烟气轮机功率带动主风机尚有剩余时,电动机可以作为发电机,向配电系统输出电功率。烟气经过烟气轮机后,温度、压力都有所降低(温度约降低100~150℃ ,但仍含有
大量的显热能(如不是完全再生,还有化学能),故排出的烟气可进入废热锅炉(或ca锅炉)回收能量,产生的水蒸气可供汽轮机或装置内外其它部分使用。为了操作灵活,安全,流程中另设有一条辅线,使从三级旋风分离器出来的烟气可根据需要直接从锅炉进入烟囱。
1.2分馏塔顶冷却系统工艺
1.0MPag蒸汽自系统管网来,压强为1.01MPag,温度为250C,质量流量为9385kgh,最大质量流量为20035kgh进入1.0MPa蒸汽分水罐,由蒸汽分水罐出来分两路管线,上方走气进入塔底重沸器进行轻重油气分离通过直通薄膜调节阀进入3.5疏水扩容器进行蒸汽和疏水分离,气体由疏水扩容器上方经蒸汽系统管网排出。凝结水从蒸汽分水罐底部排出。3.5MPa高压蒸汽,压强为3.5MPa,温度为430C,质量流量为3560kgh,最大重量流量为44196kgh进入管道分为两路,一路质量流量为35600kgh的蒸汽进入富气压缩机转变为压强为1.2MPa,温度为312C,质量流量为35600kgh的蒸汽再进入减温器经1.0MPag蒸汽系统管网排出。另一路经减温器变为温度为280C质量流量为069638596 kgh液体进入换热器变为压强为3.25MPag,温度为155/244C,质量流量为5963-8596kgh蒸汽进入3.5疏水扩容器分离出蒸汽和疏水,蒸汽由上方排出,凝结水从疏水扩容器下方经直通薄膜调节阀排出。
1.3 工艺流程图
见附图1。
第2章 塔的工艺设计
2.1浮阀塔的工艺设计
2.1.1 设计方案的确定
选用甲醇—水浮阀精馏塔,自定义进料量为100吨每天。
2.1.2 精馏塔全塔物料衡算
xF45%(摩尔分率) xF0.5(质量分率)9 xD78%(摩尔分率) xD0.8(质量分率)6 xW2.5%(摩尔分率) xW0.0(质量分率)4 F10吨/小时=100103
(0.45320.5518)2436000.1143kmol/s
全塔物料衡算式: FDW FxFDxDWxW
得:D=0.0643kmols W=0.05ko ls
2.1.3 物性参数计算
2.1.3.1 温度的确定
利用甲醇-水溶液的平衡数据表中数据:
利用数值插值法确定进料温度tF,塔顶温度tD,塔底温度tW。进料温度:75.373.1
.400.50tF75.3
00.450.40 得:tF74.2C
塔顶温度:69.367.6t
0.700.80D69.3
0.780.70 得:tD67.9C
塔底温度:96.493.5
0.020.04tW96.4
0.0250.02 得:tW95.7C
2-1)2-2) ( (
tFtD74.267.971.05C 22
tt74.295.784.95C 提馏段平均温度:t2FW22
2.1.3.2 密度的计算 精馏段平均温度:t1
利用式 1
LaAAaBBa为质量分数) (2-3) VTPM(M平均相对分子量) (2-4) 22.4TP
计算混合液体密度和混合气体密度。
塔顶温度 :tD67.9C
汽相组成:yD:69.3-67.667.967.6 得:yD0.907 0.87-0.915yD0.915
塔底温度:tW95.7C
汽相组成:yW:96.4-93.595.793.5 得:yW0.158 0.134-0.234yW0.234
进料温度:tF74.2C
汽相组成:yF:75.3-73.174.273.1 得:yF0.754 0.729-0.779yF0.779
xDxF0.780.450.615 22
yyF0.9070.7540.831 精馏段平均汽相组成y1:y1D
22精馏段平均液相组成x1:x1精馏段液相平均分子量ML1:ML1320.61518(10.615)26.61kg/kmol 精馏段汽相平均分子量MV1:MV1320.83118(10.831)29.63kg/kmol
xWxF0.0250.450.2375 22
yyF0.1580.7540.456 提馏段平均汽相组成y2:y2W
22提馏段平均液相组成x2:x2提馏段液相平均分子量ML2:
ML2320.23818(10.238)21.32kg/kmol
提馏段汽相平均分子量MV2:
MV2320.45618(10.456)24.384kg/kmol
表1 不同温度下甲醇和水的密度
利用表1中数据数值插值法确定进料温度tF,塔顶温度tD,塔底温度tW下甲醇(CH3OH)和水(H2O)的密度。
进料tF74.2C 80-708074.23 /mCHF739.22kg3OH734-743734CH3OHF
80-708074.2H2OF975.28kg/m3 971.8-977.8971.8H2OF
10.5910.59F820.66kg/m3 739.22975.28 F
塔顶tD67.9C 70-607067.93 /mCHD744.68kgOH3743-751743CH3OHD
70-607067.9H2OD978.93kg/m3 977.8-983.2977.8H2OD
10.8610.86D770.49kg/m3 744.68978.93 D
塔底tW95.7C 100-9010095.7CH3OHW719.87kg/m3 716-725716CH3OHW
100-9010095.7H2OW961.37kg/m3 958.4-965.3958.4H2OW
所以 L11W0.0410.04W948.64kg/m3 719.87961.37
L2820.66770.49795.58kg/m3 22W820.66948.64F884.65kg/m3 22FD
MLDxD32(1-xD)18
0.78320.221828.92kg/kmol
MLFxF32(1xF)18
0.45320.551824.3kg/kmol
MLWxW32(1xW)18
0.025320.9751818.35kg/kmol ML1MLDMLF28.9224.326.61kg/kmol 22
ML2MLWMLF18.3524.321.325kg/kmol 22
MVDyD32(1yD)18
0.90732(1-0.907)1830.698kg/kmol
MVFyF32(1yF)18
0.75432(1-0.754)1828.556kg/kmol
MVWyW32(1yW)18
0.15832(1-0.158)1820.212kg/kmol MV1MVDMVF30.69828.55629.63kg/kmol 22
MVWMVF20.21228.55624.384kg/kmol 22 MV228.556273.151.002kg/m3 22.4(273.1574.2)
30.698273.15VD1.098kg/m3
22.4(273.1567.9)
20.212273.15VW0.668kg/m3 22.4(273.1595.7)VF
1.0981.0021.05kg/m3 22
VF0.6681.002V2VW0.835kg/m3 22
2.1.3.3 混合液体表面张力计算 V1VDVF
表2 不同温度下甲醇和水的表面张力
进料tF74.2C 80708074.2CHF17.4 43OH16.9117.8216.91CH3OHF
80708074.2H2OF63.5 962.664.362.6H2OF
70607067.9CHD18.0 23OH17.8278.7617.82CH3OHD
70607067.9H2OD64.7 064.366.264.3H2OD
1009010095.7CHW15.0 93OH14.8915.8214.89CH3OHW
1009010095.7H2OW59.6 258.860.758.8H2OW 塔顶tD67.9C 塔底tW95.7C
FxFCHOHF(1xF)HOF
0.4517.440.5563.5942.82 32
DxDCHOHD(1xD)HOD
0.7818.020.2264.7028.29 32
WxWCHOHW(1xW)HOW
0.02515.090.97559.6258.51
32
28.2942.8235.56 22
F58.5142.8250.67 提馏段平均表面张力 2W
22
2.1.3.4混合物的黏度 精馏段平均表面张力 1DF
表3 不同温度下甲醇和水的黏度
进料 tF74.2C 80708074.2CHF0.279MP as3OH0.2770.3060.277CH3OHF
80708074.2H2OF0.392MP as0.3620.4140.362H2OF
70607067.9CH3OHD0.315MPas 0.3060.3500.306CH3OHD
70607067.9H2OD0.428MPas 0.4140.4790.414H2OD
1009010095.7CH3OHW0.236MPas 0.2250.2510.225CH2OHW
1009010095.7H2OW0.302MP as0.2880.3210.288H2OW
32 塔顶 tD67.9C 塔底 tW95.7C FxFCHOHF(1xF)HOF
0.450.2790.550.3920.341MPas
DxDCHOHD(1xD)HOD
0.780.3150.220.4280.340MPas 32
WxWCHOHW(1xW)HOW
0.0250.2360.9750.3020.300MPas 32
精馏段平均黏度 L1提馏段平均黏度 L2
0.3400.341
0.341MP as
22F0.3000.341W0.321MP as
DF
22
2.1.3.5 相对挥发度
由 x0.45,y0.754
FF0.754 得 0.754
F
0.4510.453.75
x10.907
D0.7,
8y0.907 得 0.907
DD0.7810.782.75
x5y0.158
10.158
W0.02,W0.158 得 W
0.025
10.025
7.32
2.1.4 理论塔板数及实际塔板数的计算
2.1.4.1 理论塔板数的确定
已知 操作回流比为R1.8,露点进料q0
精馏段操作线方程:yR
n1
R1xxDnR10.643xn0.279 提馏段操作线方程:yLqF
WxWm1LqFWxm
LqFW
其中 RLRD1.80.0268
0.048 k
y0.048m1
0.0480.0208x0.02080.025
m0.0480.0208
1.76xm0.019采用图解法计算理论板层数 。
图2.1
理论板层数
2-5)2-6) ( (
由图可得:全塔理论塔板数 NT4块 精馏段理论板数 NT11块 提馏段理论板数 NT23块 加料板为第2块板。
2.1.4.2 实际塔板数确定
自选塔板效率为50% 精馏段塔板数 NP精提馏段塔板数 NP提
1
2块 50%36块 50%
全塔板所需的实际塔板数 NP8块
2.1.5 塔径的初步计算
2.1.5.1 汽液相体积流量的计算 (1)精馏段
LRD1.80.0643s V(R1)D(1.81)0.0643s
已知 ML126.61kgkmol MV129.62kgk mol L1795.58kgm3 V11.05g3 m
液相质量流量 L1ML1L26.610.11573.08kg 汽相质量流量 V1MV1V29.6270.185.33kgs 液相体积流量 Ls1
L1
L
1
3.08
3.87103m3
795.58
5.33
5.08m3 1.05
汽相体积流量 Vs1
V1
V
1
(2) 提馏段 饱和蒸汽进料q0
L'LqD
V'V(q1)F0.180.1143
已知 ML221.325kgkmol MV224.38kgk mol
884.6kg3
L2 m V20.835g3 m
液相质量流量 L‘
2ML2L21.3250.11572.47kg 汽相质量流量 LM‘2L2L21.3250.11572.47kg
液相体积流量 Ls2
L2
2.47
884.652.79103m3
L
2
汽相体积流量 VV2
s2
1.6
V
2
0.835
1.92m3 2.1.5.2 塔径的计算与选择
(1)精馏段
u0.6~0.um8a x
umaxC 式中:C可由史密斯关联图查出
L横坐标数值 s1(L1)1.61103V795.58
1.050.021
S1V12.11
取板间距 HT0.4m
hHThL0.32m
L0.08m查图得 C200.065
0.2
CC1
2020
0.058(
35.5620
)0.2
0.073 umax0.073s
u10.7umax0.72
塔径
D1
2.15m
塔径圆整 D12.2m 塔横截面积 AT
D222
4
1
0.7852.2=m3 .82-7) 2-8) ( (
V5.08
空塔气速 us11A
3.8
1.34s
T
(2)提馏段
Ls13
1横坐标数值 2L22.7910884.65
V()2()20.047
s2V21.920.835
取极间距 HT0.4m
HThL0.32m
hL0.08m查图得 C200.070
0.2
CC20220
0.07(
50.6720
)0.2
0.084 umax0.0842.73ms
u20.7umax0.72.73
塔径
D
111
.1m3
塔径圆整 D21.2m 塔横截面积 A
2T4
D21.13m2
空塔气速 uVs2
2'
A1.92
1.13
1.7m
sT2.1.6 溢流装置
2.1.6.1 堰长lw
取lw0.6D
出口堰高:本设计采用平直堰,堰上液层高度how按下式计算
h2.482
ow1000
ELhw3 式中:E——为液体收缩系数,一般取为1
(1)精馏段
2-9)
2-10) ( (
lw10.6D10.62.21.32m
Lh13600Ls136003.8710313.93m3
how
2.4813.93
0.012m 10001.32
00.m
2
3
溢流堰高 hwhLhow0.080.012(2)提馏段
lw20.6D20.61.20.72m
Lh23600Ls236002.79103=10.04m3h
how
'
2.8410.042
()30.016m 10000.72
‘‘’
溢流堰高 h0.080.016whLhow
00.m
2.1.6.2 降液管底隙高度
(1) 精馏段 取降液管底隙的流速00.10ms
3.87103
h00.029mh00.03m
lw1uo1.320.10
(2) 提馏段 取降液管底隙的流速00.10ms
LS1
2.79103
h00.039mh00.04m
lw2u0'0.720.10
2.1.6.3 进口堰和受液盘
(1) 精馏段 hwho,则hwhw0.06m
进口堰与降液管间水平距离h1ho,设h10.03m,受液盘深度设为0.6m (2) 提馏段 hwho,则hwhw0.058m
进口堰与降液管间水平距离h2ho,设h20.03m,受液盘深度设为0.6m 2.1.6.4 弓形降液管的宽度Wd
本设计采用弓形降液管
LS2
(1) 精馏段
lw10.84==0.6 D11.4
AW查图得
fA0.056 7
D
T
D
0.12 4Af0.05671.540.087m2 WD0.1241.40.174m
(2) 提馏段
lw2D=
0.48
2
0.8
=0.6 查图得
AfWD
A0.056 7
T
D
0.12 4Af0.05670.500.028m2 WD0.1240.80.099m
验算降液管内停留时间 (1)精馏段 =
AfHT0.0870.L
s1
1.6113
=315
8.91s5降液管可用s (2)提馏段 =AfHTL
0.0280.s2
1.1513
38.5
525s5降液管可用s2.1.7 塔板分布,浮阀数目与排列
2.1.7.1 塔板分布
(1)精馏段 D12.2m900mm,选用分板式塔板 (2)提馏段 D21.2m>900mm,选用分块式塔板 2.1.7.2 浮阀数目与排列
(1) 精馏段 取阀孔动能因子F012 孔速
u01
2-11) (
每层塔板上浮阀数目 N
4
Vs1d0u01
2
2.11
4
151 个 (2-12)
0.03911.71
2
取边缘区宽度 Wc0.05;取破沫区宽度 Ws0.10 mm
2x
计算塔板上的鼓泡面积
Aa2Rarcsin
180R
其中 R
D11.4
Wc0.050.65m 22
D1.4x1WDWs0.1470.100.426m
22
则计算得 Aa1.02m
浮阀排列方式采用等腰三角形叉排,取同一个横排的孔心距:t0.075m 估算排列间距 t
Aa1.02
0.09 mNt1510.075
考虑到塔的直径较大,必须采用分块式塔板,而各分块板的支承和衔接也要占去一部分鼓泡区面积,因此排间距不宜采用90mm,而应小于此值,故取
t65mm0.065m
按t75mm,t65mm以等腰三角形叉排方式作图,排得浮阀数188个
图2.2 精馏段浮阀排列图
按N
188个重新核算孔速与阀孔动能因子
u01
2.11
9.40m
0.7850.0392
188F019.409.63
阀孔动能因子变化不大,仍在9~13范围之内 塔板开孔率=
uu01
1.37
0.14714.7% 9.30
(2)提馏段 取阀孔动能因子F012 孔速
uo2
Vs2
0.79
51 个
每层塔盘上浮阀数目 N
4
d02u02
4
0.039213.13
取边缘区宽度 Wc0.03;取破沫区宽度 Ws0.05 mm
x
计算塔板上的鼓泡面积
Aa2 R2arcn180R
其中 R
D20.8
Wc0.030.3 7m22
D0.8x2WDWs0.0990.050.251m
22
则计算得 Aa0.34m
浮阀排列方式采用等腰三角形叉排,取同一个横排的孔心距:t0.075m 以t75mm等边三角形叉排方式作图,排得阀数67个
图
2.3 提馏段浮阀排列图
按N67个重新核算孔速与阀孔动能因子
0.79
u029.88ms
0.7850.0392
67
F029.889.03
阀孔动能因子变化不大,仍在913范围之内 塔板开孔率=
uu02
1.526
0.15415.4% 9.88
2.2 塔板的流体力学计算
2.2.1 汽相通过浮阀塔极的压降
依据hphch1h5,pphpLg来计算。 (1)精馏段
①干板阻力
u0c1因u01u0c1,故
(2-13)
v1u0121.0511.712
hc15.345.340.05m
2Lg2795.589.8
1
②板上充气液层阻力取0=0.5,hL0.07m,则hL10hL0.50.070.035m ③液体表面张力所造成的阻力,此阻力很小,通常可忽略不计与气体流经塔板的压降相当的液柱高度为
hp10.050.0350.085m
pp1hp1L1g0.085795.589.8662.72Pa
(2)提馏段
①干板阻力
u0c2因u02u0c2,故
s
v2u0220.83513.132
hc25.345.340.044m
2L2g2884.659.8
②板上充气液层阻力取0=0.5,hL0.07m,则hL20hL0.50.070.035m 液体表面张力所造成的阻力,此阻力很小,通常可忽略不计与气体流经塔板的压降相当的液柱高度为
hp20.0440.0350.079m
pp2hp2L2g0.079884.659.8684.90Pa
2.2.2 淹塔
为防止淹塔现象的发生,要求控制降液管中的清液层高度为
HdHThw
Hd=hphLhd (2-14)
(1)精馏段
①单层气体通过塔极的压降相当的液柱 hp10.085 m②液体通过塔极的压降相当的液柱高度
Ls11.61103
hd10.1530.1530.0014m
0.840.02lw1h0
2
2
③板上液层高度 HL0.0m7,则
Hd1=0.085+0.0014+0.07=0.1564m
取=0.5,已选定HT0.35m,hw0.06m,则
hwHT0.50.060.350.205m
可见Hd1=0.1564mhwHT0.205m,所以符合防止淹塔的要求 (2)提馏段
①单层气体通过塔极的压降相当的液柱 hp20.079 m②液体通过塔极的压降相当的液柱高度
Ls21.15103
Hd2=0.1530.1530.0010m 'lh0.840.03w20
22
③板上液层高度 HL0.07,则mHd2=0.079+0.0010+0.07=0.15m 取=0.5,已选定HT0.35m,hw0.058m,则
hw'HT'0.50.0580.350.204m
可见Hd2=0.15mhwHT0.204m,所以符合防止淹塔的要求
2.2.3 雾沫夹带
(1)精馏段
泛点率100% (2-15)
01.
2
366m1.
Fb
板上液体流经的长度 ZLD2WD1.420.174板上液流面积 AbAT2Af1.5420.087取物性系数K1.0,泛点负荷系数CF
0.103
泛点率
对于大塔,为了避免过量雾沫夹带,应控制泛点率不超过80%,由以上计算可知雾沫夹带能够满足ev0.11kg液/kg汽要求。
(2) 提馏段
板上液体流经的长度 ZLD2WD0.820.099
60.
板上液流面积 AbAT2Af0.5020.0280.444m 取物性系数K1.0,泛点负荷系数CF
0.103
泛点率
对于大塔,为了避免过量雾沫夹带,应控制泛点率不超过80%,由以上计算可知雾沫夹带能够满足ev0.11kg液/kg汽要求。
2.2.4 塔板负荷性能图
2.2.4.1 雾沫夹带线
泛点率Fb
100%
据此式可作出负荷性能图中的雾沫夹带线。按泛点率80%计算 (1) 精馏段
泛点率Vs3.0939.31Ls
(2) 提馏段
泛点率=Vs1.19226.67Ls
2.2.4.2 液泛线
=(HThw)hphLhdhch1hhLhd (2-16)
由此确定液泛线,忽略式中h
2
3Vu0Ls23600L2.84s =(HThw)5.340.153()(10)hwE2Lglwh01000lw
2
而 u0(1)精馏段
4
Vsd02N
1.05Vs21
0.2055.34
0.780.039429.81882795.58
2 23Ls13600L2.84s10.15310.50.06
10000.840.840.02
整理得:V
2
s1
20.5396767.58L133.70Ls1
2s1
23
(2)提馏段
0.835Vs22
0.2045.344
0.780.03929.8672884.65
2 23Ls23600L2.84s20.15310.50.058
10000.480.480.03
整理得:Vs23.71423423.71Ls234.54Ls2 2.2.4.3 液相负荷上限线
液体的最大流量应保证降液管内停留时间不低于35s,液体在降液管内停留时间
AfHT
3~5s (2-17) Ls
22
23
=
以=5s作为液体在降液管内停留时间的下限,则
Lsmax
(1)精馏段 Ls1max(2)提馏段 Ls2max
2.2.4.4 漏液线
AfHT
5
0.0870.35
=0.006m3 5
0.0280.35=0.002m3
5
对于F1型重阀。以F05作为规定气体最小负荷标准,则
Vsd02Nu0 (2-18)
4(1)精馏段
Vs1min(2)提馏段
Vs2min2.2.4.5 液相负荷下限线
4
0.03921883 3
4
0.039267
取堰上液层高度how0.006m作为液相下限线条件,作出液相负荷下限线,该线为与汽相流量无关的直线。
2.843600Lsmin
E0.006 (2-19) 1000lw
3
(1)精馏段 Ls1min0.0007s
3
(2)提馏段 Ls2min0.0004 s2
3
由以上作出塔板负荷性能图
图2.4 精馏段塔板负荷性能图 图2.5 提馏段塔板负荷性能图
由塔板负荷性能图可以看出
①在任务规定的汽液负荷下的操作点P(设计点)处在适宜操作区内的适中位置;
②塔板的汽液相负荷上限完全由雾沫夹带控制,操作下限由漏液线控制; ③按固定的汽液比,由图可查出塔板的汽液相负荷上限
Vsmax3.06(1.18)m3s,Vsmin1.10(0.44)m3s
精馏段操作弹性
Vs1max3.06
2.7 8
Vs1min1.10 Vs2maxV
s2min
1.18
2.680.44
提馏段操作弹性
第3章 结构设计
3.1 塔总体高度计算
塔总体高度利用下式计算
H=nnFnp1HTnFHFnpHpHDHBH1H2
(3-1)
3.1.1 塔顶封头
本设计采用椭圆形封头,由公称直径DN2200mm,查得曲面高度
h1550mm,直边高度h240mm,内表面积A5.5229m2,容积V1.5459m3,则封头高度Hh1h255040590mm。
3.1.2 塔顶空间
设计中取塔顶间距Ha2HT20.40.8m,考虑到需要安装除沫器,所以选取塔顶空间1.0m
3.1.3 塔底封头
本设计采用椭圆形封头,由公称直径DN1200mm,查得曲面高度
h1300mm,直边高度h225mm,内表面积A1.6552m2,容积V0.25451m3,则封头高度Hh1h230025325mm。
3.1.4 塔底空间
塔底空间高度HB是指从塔底最下一层塔板到塔底封头的底边处的距离,取釜液停留时间为5min,取塔底液面至最下一层塔板之间距离为1m,则
tLs260V塔釜贮液量-封头容积52.79103600.2545
HB+1.51.51.52.02m
塔横截面积AT1.13
3.1.5 人孔
对D1000mm的板式塔,为安装,检修的需求,一般每隔6~8塔板设一人孔,本塔共有7块塔板,需设置一个人孔,每个人孔直径为550mm,在设置人孔处板间距Hp600mm。
3.1.6 进料板处板间距
考虑在进口处安装防冲设施,取进料板处板间距HF800mm。
3.1.7 裙座
塔底常用裙座支撑,本设计采用圆筒形裙座,由于裙座内径800mm,故裙座壁厚取10mm。考虑到再沸器,取裙座高H23m
塔体总高度:
H=nnFnp1HTnFHFnpHpHDHBH1H2
=81110.410.810.61.02.020.9310.32m (3-2)
3.2 塔的接管
3.2.1进料管
本设计采用直管进料管。管径计算如下:
dF
(3-3)
取uFs,F820.66kgm2,则
10103
Vs0.0034m3s
3600
820.66
dF
0.052m52mm
查标准系列选取383规格的热轨无缝钢管。
3.2.2 回流管
本设计采用直管回流管,取uR
1.6m
dR
0.036m36mm 查标准系列选取382规格的热轨无缝钢管。
3.2.3 塔底出料管
本设计采用直管出料,取uw
1.6m
dw
0.018m18mm 查标准系列选取253规格的热轨无缝钢管。
3.2.4 塔顶蒸汽出料管
本设计采用直管出气,取uv
s
dv
0.367m367mm
查标准系列选取42620规格的热轨无缝钢管。
3.2.5 塔底蒸汽进气管
本设计采用直管进气,取uv
20m
dv
0.224m224mm
查标准系列选取24510规格的热轨无缝钢管。
第4章 塔的强度校核
4.1筒体和封头厚度计算
4.1.1 筒体厚度计算
本设计设计压力为0.1MPa,因物料无腐蚀性,故选材为Q245R碳钢板,设计温度为150C。
筒体壁厚按GB150-2011式(3-1)计算:
PcDi
(4-1)
2[]tpc
式中:pc —— 计算压力;
计算时应考虑下部筒体承受液体静压力,由于液体重度小于水,故设计时以水的重度来考虑该塔釜内的液体高度为760mmH2O。
pc(0.17609.8106)MPa0.107MPa
—— 焊缝系数,双面焊局部无损探伤,0.85;
[]t —— 设计温度下Q245R材料的许用应力;[]t140MPa
Di —— 设备内直径;Di精=2200mm,Di提=1200mm;
C —— 壁厚附加量CC1C2C2.3mm
C1 —— 钢板负偏差C10.3mm C2 —— 介质腐蚀裕量C22mm
CC1C22.3mm (4-2)
(1)精馏段
PcDi0.2082200
1.92mm
2[]tpc21400.850.208
设计厚度 d1.922.34.22mm (2)提馏段
PcDi0.2081200
1.05mm
2[]tpc21400.850.208
设计厚度 d1.052.33.35mm (3)锥壳
本设计锥壳的角度45
c
PcDi10.20822001
2.72mm
2[]tpccos21400.850.208cos45
设计厚度 d2.722.35.02mm
考虑到塔具有振动,运输,刚度等问题取n12mm。
4.1.2 封头厚度计算
封头壁厚按GB150-2011式(5-1)计算
kPcDi
2[]t0.5pc (4-3)
式中:k —— 椭圆形封头形状系数,对标准椭圆形封头k1;
—— 焊缝系数,1; 其他符号意义与数值同前。
(1)精馏段
kPcDi10.2082200
1.63mm
2[]t0.5pc214010.50.208
设计厚度 d1.632.33.93mm (2)提馏段
kPcDi10.2081200
0.89mm
2[]t0.5pc214010.50.208
设计厚度 d0.892.33.19mm
为了保证封头与筒体能很好的满足焊接要求,取封头壁厚n12mm。
4.2 质量计算
4.2.1塔体圆筒、封头、裙座质量
(1)精馏段
由上述结果查表得知DN=2200mm,厚度为12mm的圆筒质量为655kgm,将锥壳部分按圆筒来算,封头质量为510.79kg。
筒体质量 m1=1.66550.5655=1375.5kg 封头质量 m2=510.1 7kg(2)提馏段
由上述结果查表得知DN=1200mm,厚度为12mm的圆筒质量为358kgm,封头质量159.97kg。
筒体质量 m'14.32358封头质量 m'2159.kg 97(3)裙座
裙座厚度为12mm,高度为3m。 裙座质量 m33358总质量
m01m1m2m1'm2'm31375.5510.171546.56159.953592.18kg
5615kg46.
10kg7 4
4.2.2 塔内构件质量
塔体内件质量包括塔盘质量、浮阀质量、塔盘支架质量等,采用F-1型浮阀。 (1)精馏段
塔盘内径Di2200mm,每块塔板排布浮阀188个,查《SH-T3098-2011石油化工塔器设计规范》,得浮阀塔盘为75kgm3,初步计算精馏段内径质量为
m=Di27520.7852.22752569.91kg
4
(2)提馏段
塔盘内径Di1200mm,每块塔板排布浮阀67个,查《SH-T3098-2011石油化工塔器设计规范》,得浮阀塔盘为75kgm3,初步计算提馏段内径质量为
m=Di27560.7851.22756508.68kg
4
m02mm'1078.59kg
4.2.3保温层质量
塔体采用外保温层设计,材料选用保温棉,密度295kgm3,保温层厚度
取100mm,覆盖整个塔体。
(1)精馏段
2
封头展开面积 A15.4193 m
封头保温层质量 mA5.41930.01295kg11d 5.99保温层质量
m1
4
[(Di2n2)2(Di2n)2]Hm
[(2.220.01220.1)2(2.220.012)2]2.129515.99
4
468.26kg
(2)提馏段
2
封头展开面积 A21.665 m
封头保温层质量 mA1.6650.012952d保温层质量
m2
912kg4.
4
[(Di2n2)2(Di2n)2]Hm
[(1.220.01220.1)2(1.220.012)2]4.322951.665
4
= 531.88kg
保温层总质量m03m1m2468.26531.88531.88kg
4.2.4 设备附加物(平台、扶梯)质量
采用笼式扶梯,质量qf40kgm,扶梯总高度Hf10m,扶梯宽度
B900mm,在一个人孔设操作平台,平台选用半圆形,查得平台质量为
。 qp150kgm2(每一人孔中心线以800mm分段)
m04=
1
[(Di2n22B)2(Di2n2)2]nqpqfHf 42 (4-4)
(1)精馏段
m041=
1
[(2.220.01220.120.9)2(2.220.01220.1)2]1150401.542 =764.38kg
(2)提馏段
m042=408.5340kg
m04=m041+m042764.383401104.38kg
4.2.5 操作时容器内物料质量
4.2.5.1 塔盘上物料质量
m05Di2hwN (4-5)
4
式中:hw —— 塔板上平均液层高度
—— 物料平均密度 (1)精馏段
m051
4
2.220.0682846.60437.45kg
(2)提馏段
m052
4
1.220.0642846.60367.49kg
m05'm051m052804.9kg
4.2.5.2 塔釜物料质量
(1)塔釜封头内物料质量,按物料填满封头计算,即
m51Vf0.2545948.64241.43kg
(2)塔釜圆筒部分物料质量
m52Di2h00.7851.221.5948.641608.5kg
4所以,操作时物料质量m05m05'm51m522654.87kg
4.2.6 附件质量
塔体附件质量包括人孔质量、接管质量、法兰质量等,按经验取附件质量为塔体质量的25%。
则 ma0.25m010.253592.18898.05kg
4.2.7 充水质量
塔体在水压试验时,全充水状态下的质量为 上下封头体积 V10.25451.5459筒体体积: (1)精馏段
2.22
V2.17.979m3
4
'
3
8035m1.
(2)提馏段
1.22
V4.324.883m3
4
''
充水后质量 mw(V1V2)100012862kg
4.2.8 偏心质量
me0
4.2.9 在计算压力时,不同情况下组合变量
4.2.9.1 操作质量
m0m01m02m03m04m05mame
3592.181078.591000.141104.38804.94898.05 8478.28kg
4.2.9.2 水压试验时最大质量
mmaxm01m02m03m04mwmame =8478.2812862 =21340.28kg
4.2.9.3 停工检查时最小质量
mminm01m02m03m04mame 7673.34kg
4.3 塔的自振周期计算
设该塔为等直径,等厚度的,Di1200mm,故按JB4710-2005式(8-5)计算。
T190.33103 (4-6) 式中:E —— 设计温度下的弹性模量。E1.94105MPa; H —— 塔高。H
7.71m
T190.3310.32101030.144s 3
4.4 风载荷计算
已知设备地区的基本风压值q0m2),塔高10.32m,将塔分为一段。
4.4.1 水平风力
按JB4710-2005式(8-17)计算
6
P1k1k2iq0filiDei10N (4-7)
式中:k1 —— 体型系数,取k1=0.7;
k2i —— 风振系数,k2i1
rizi
fi
,当塔高H20m时取k2i1.7;
—— 脉动增大系数;
ri —— 第i段脉动影响系数;
2i—— 第i段振型系数;
q0 —— 基本风压;q0400Nm2
fi —— 风压高度变化系数;fi0.74(C类场土地) li —— 计算段长度;li7.71m
Dei —— 容器各段有效直径;DeiDoi2sik3k4do2ps
k3 —— 笼式扶梯当量宽度;k3400mm k4 —— 操作平台当量宽度;k4600mm
si —— 塔壳保温层厚度;si100mm ps—— 管线保温层厚度;ps50mm
d0 —— 塔顶管线外直径;do426mm
D0i —— 容器各段外直径;DoiDi+2n=800+210=1224mm 则 De1=12242100400600426250=2950mm
6
水平风力Pi=0.71.74000.7410320295010=10723.6N
4.4.2 各危险截面风弯矩计算
0—0截面:Mw00=P1
(截面:Mw=P1
L110.32
=10723.6=55333.78N 22 (4-8)
L110.32-0.95)=10723.6(-0.95)=45146.36N 22L110.32
IIII截面:MwII-II=P(-2)=10723.6(-2)=33886.58N 1
22
4.5 地震载荷计算
设该塔等直径、等壁厚
MEi-i
81m0g3.52.53.5
10H-14Hh4h) (4-9) 2.5
175H
式中:1 —— 对于容器基本自振周期下的地震影响系数值;
—— 地震影响系数;
前面已计算得T1=0.157s,而Tg=0.55s(选III类场地土,第二组)。则
=(g)2max (4-10)
T
T1
式中:max —— 地震影响系数的最大值;已知地震烈度为7度,则max0.08
Tg—— 各类场地土的特征周期,取0.5s;
—— 曲线下降段的衰减指数,根据塔式容器的阻尼比按下式计算
=0.9
0.05i
(4-11)
0.55i
式中:i —— 第i阶振型阻尼比,通常应根据实测值确定,i=0.01。所以
=0.9
0.05i0.050.01
=0.9=0.97
0.55i0.550.01
2 —— 阻尼调整系数,按下式计算
2=1
0.05i0.050.01
=1=1.52
0.061.7i0.061.70.01
0.55
所以 1=()2max=
T10.144式中: —— 计算截面距地面的高度。
Tg
0.97
1.520.08=0.446
0—0截面:h=0m,则
161600
ME=1m0gH=0.4468478.289.810.32=1.75105Nm
3535
截面:h0.95m,则
81m0g3.52.53.5
10H-14Hh+4h)2.5
175H
80.4468478.283.52.53.5
=1010.32-1410.320.95+40.95) 2.5
17510.32
=1.52105NmM
I-IE
=
IIII截面:h=2m,则
II-IIME=
1616
1m0gH=0.4468478.289.810.32=1.75105Nm 3535
4.6 截面的最大弯矩
iiMwMeii
ii 取较大值 (4-12) M0.25MMii
Mmax
Ewe
即
Me=0
M00M0055333.78=1.89105N>M00
E0.25W=1.751050.25WMI-II-I5I-IE0.25MW=1.52100.2545145.36=1.63105N>MW MII-II0.25MII-II=1.511050.2533886.58=1.59105N>MII-II
EWW
由此可得 M00
max
1.89150;N MI-I
max1.63105N MII-IImax1.59105N
4.7 圆筒轴向应力校核
4.7.1 圆筒轴向应力计算
由内压力引起的轴向应按JB4710-2005式(8-26)计算:
II-II1
PcDi0.20841200
6.43MPa ei4(122.3)
操作时重力引起的轴向应力按JB-4710-2005式(8-27)计算
ⅡⅡ
Ⅱ-Ⅱ
mg
2
D (4-13) iei
式中:mⅡⅡ —— 计算截面以上筒体承受操作质量载荷,
即mⅡⅡ=操作时质量—裙座质量
mⅡⅡm01m02m03m04m05mam37404.28kg
(4-12)
7404.289.8
Ⅱ-Ⅱ2
0.7851200122.37.94MPa
弯矩在筒体中引起的轴向应力按JB-4710-2005式(8-28)计算
Ⅱ-ⅡMⅡ-Ⅱ21340.283
max
0.785D2
1012009.7
22.89MPa iei0.7854.7.2 圆筒稳定校核
圆筒许用轴向压应力[]cr按JB-4710-2005式(8-29)计算
[]KBcr=
K[]t
取较小值 B值按外压容器图解法计算
A
0.0940.0949.7400
2.28103 ie
查图A值落在设计温度下材料线的左方,圆筒弹性失稳 B23AE2
31.941051.81103234MPa (而[]t=140MPa,故[]cr140MPa,K1.2
圆筒最大组合压应力,对内压时按JB-4710-2005式(8-30)计算Ⅱ-Ⅱ-Ⅱ
2+Ⅱ3
7.9422.8930.83MPa[]cr 4.7.3 圆桶拉应力校核
对内压时按JB-4710-2005式(8-32)计算
12t36.437.9422.8921.38MPaK[]
4.8 容器液压试验时的应力校核
4.8.1 壳体应力校核
对IIII截面
(4-14) (4-15) 4-16)
(1)由试验压力引起的环向应力按JB-4710-2005式(5-8)计算
PT静液柱压力Diei (4-17)
2ei
[]
1.250.1070.133MPa t
[]
其中 PT1.25Pc
静液柱压力59109.81060.058MPa 则
0.260.05812009.719.83MPa
29.7
(2)由试验压力引起的轴向应力按JB-4710-2005式(8-40)计算
1
P0.2081200TDi
6.43MPa (4-18) 4ei49.7
(3)由液压试验时引起的轴向应力按JB-4710-2005式(8-41)计算
-Ⅱ
mⅡgT
(4-19) 2
Diei
-Ⅱ
其中 mⅡ= 最大质量—裙座质量 T
-Ⅱ
mⅡ9419.244009019.24kg T
2
20266.289.8
5.43MPa
3.1412009.7
(4)弯矩引起的轴向应力按JB-4710-2005式(8-42)计算
3
-40.3MⅠⅠEMe
Di2ei
40.31.521050
4.16MPa 2
3.1412009.7
4.8.2 应力校核
液压试验时圆筒材料的许用轴向应力按JB-4710-2005式(8-43)计算
K0.9s
取较小值 (4-20) []cr=
KB
式中:K —— 载荷组合系数;取K1.2,B234MPa,ReL245MPa
故 []cr0.9Ks0.91.2245264.6MPa
0.9ReL0.90.85245187.4MPa
10.02MPa187.4MPa
1232.784.574.62.81MPa
234.574.69.17MPa
4.9 裙座厚度
裙座选用Q245R,ReL245MPa
当t150C时,[]t140MPa,E1.94105MPa 裙座厚度n12mm(包括壁厚附加量C2.3mm) 有效厚度e9.7mm
裙座内外直径为Di1200mm,Do1224mm 取 B0.1E2
e
D
0.121.95
49.7Mi
1200
18 8.180.8ReL0.8245196MPa
则 []cr196M
P4.9.1 操作时裙座应力计算
(1)0-0截面 操作时:
1M00
2maxcosZm0gKBcos 取较小值sbAsbK[]t
s
(因为圆筒形支座,故0,K1.2,则有K[]t1.2140168MPaKBcos2268.9MPa,取168MPa
Z2sb0.785Die0.7851.220.00971.096102m3
4-21) Pa
Asb3.14Die3.141.20.00970.037m2
代入上式即
00Mmaxm0g1.891058478.289.8
19.49MPa168MPa 2
ZA1.096100.037sbsb
(2)截面
1
操作时:
cos
2-ⅠⅠ-Ⅰ
KBcosMⅠmgmax0
取较小者 t
AsmZsmK[]s
同上 =0。
式中:Asm —— 人孔处裙座壳的截面积,mm2
Asm3.14Dimes-bm2mes-Am (4-22)
Dim —— 手孔处裙座截面的内直径;Dim=800mm
bm —— 手孔水平方向最大宽度;bm=300mm
m —— 手孔管有效壁厚;m=7.7mm
lm —— 手孔管有效壁厚; lm=100mm
Am=2lmm=21009.7=1940mm2
所以 Asm3.1412009.(300)29.79.7-19402 31323.24m7-2
Zsm —— 手孔截面处裙座壳的截面系数,mm2
2
Zsm0.785DimesbmDimesZm
(4-23)
2
Zm2esl3
27.7100571047mm 9.7
Zsm=0.785120029.724501200571047=5737067mm3
2
Ⅰ-Ⅰ
m=操作时总质量-裙座下半部质量=5108.13-2000.95=4918.13kg 0
裙座材料为Q245R,其中s=140MPa,ks168MPa,kBcos=268.9MPa
tt
故取最小值168MPa
-ⅠⅠ-ⅠMⅠMg6.491074918.139.8max0
+=+=128.5MPa<168MPa,满足强度所以ZsmAsm[1**********]3.24
及稳定性要求。
(3)IIII截面
ⅡⅡ
MⅡmⅡgtmax0
+0.8kw (4-24) 操作时 w=ZwAw
其中: Zw=0.55Dotes
2
Dot=1224mm
Zw=0.55122429.7=7.99106mm3 Aw=2.2Dotes=2.212249.7=26120mm2
-Ⅱ-Ⅱ
MⅡmⅡg4.951074708.319.8tmax0
+=+=7.96MPa<0.8k=0.81.2140=134.4MPaw
ZwAw7.991062.612104
4.9.2 水压试验时裙座应力验算
(1)0-0截面
00
kBcos2=1.2234=280.8MPa0.3Mwmmaxg1
+) (4-25) cosZsbAsb0.9Rel=0.9245=220.5MPa
0.32.61079419.249.8
+=6.88MPa<220.5MPa 64
3.86101.910
(2)截面
--Bcos2234MPamⅠⅠ10.3MⅠⅠwmaxg cosZsbAsm0.9ReL220.5MPa
ⅠⅠ
4其中 mmax9419.2
2000.9592 29.24kg
0.32.011079229.249.88.78MPa
[1**********]5.24
(3)IIII截面
ⅡⅡ
0.3MⅡmⅡ0.31.281079419.244009.8wmaxgw=7.71MPa (4-26) 64
ZwAw2.84101.3910
m0.72KReL0.721.2245211.7MPa
以上截面在操作水平试验时都满足要求。
4.10 基础环设计
4.10.1基础环内外径
DobDis160~40012002001400mm DibDis160400800200600mm
4.10.2 基础环厚度
4.10.2.1 混凝土基础上的最大压应力
00
Mmaxm0g
bmax
Zb
Ab0.3M00
Mmg 取较大值 we
Zmax
bAb式中:Ab —— 基础环的面积;
A22
b0.785DobDib0.7851.020.620.502m2Zb —— 基础环的抗弯截面系数;
Z3.14D44
obDib3.141.040.6432D=b1.0
=0.08m2 ob327.91405108.13所以 0.080.502
19.0.8
9MPabmax0.32.674
0.08109419.0.502=204.298.M8Pa取 bmax1.9MP a
4.10.2.2 塔底裙座采用有筋板的基础环 基础环厚度
b
(4-27) (4-28)
(4-29)
|X,|M|Y |M其中 MSmax
MXCXbmaxb2 MYCYbmaxl2
基础环材料取Q245R,则[]b400MPa
11
bDobDos)(14001224)88mm
22
b180
1.5。 设n=12每两个地脚螺栓间设两块筋板,则Dob2nl,
l120
b
由1.5查表得 l
MX0.05501.090.1821061942Nm MY0.12301.090.1221061931Nm
|1942N m取 Ms|MX故
b m=5.4m考虑壁厚附加量C2.3mm,所以b5.42.37.7mm。 实际基础板厚取为12mm。
4.11地脚螺栓
基础环中螺栓承受的最大拉应力按下式计算
00
MwMemTng
ZAb
B00b 取最大值 (4-30) 00
ME0.25MWMem0gZbAb
2.671044269.249.86
100.42MPa
0.5020.08
B
44
7.9100.252.67105108.139.81060.97MP
a0.080.502
因B0,则容器必须设置地脚螺栓,取B=0.97MPa作为计算地脚螺栓尺寸及个数,计算时考虑用4倍地脚螺栓数量n,求地脚螺栓根部直径。
d1
C2 (4-31)
式中:C2 —— 腐蚀余量; C22mm
bt—— 地脚螺栓的许用应力;选用Q245R,bt140MPa n —— 地脚螺栓个数;取n12
则
d1
02
0.002
40
0.020m= 20mm
现采用M243的地脚螺栓。
4.12裙座与壳体的对接焊缝验算
对接焊缝的拉应力按JB4710-2005式(8-69)校核。
-Ⅱ-Ⅱ
4MⅡMⅡgtmaxg0
0.6k0.61.2140100.8MPa (4-32) 2w
3.14Dites3.14Dites
其中 Dit800m m
式中: w —— 设计温度下焊缝材料的许用应力; w140MPa
kw1.2140168MPa (4-33)
t
t
t
44.951044708.319.8则10610.41MPa100.8MPa 2-333.140.87.7103.140.87.710满足强度要求。
第5章 全塔工艺设计结果
全塔工艺设计结果一览表
设计内容 质量流量 质量流量 体积流量 体积流量 塔径 塔板间距 理论塔板数 实际所需塔板数 实际塔板效率 空塔气速 堰长 溢流堰高 降液管底隙高 板上液层高度 浮阀数 浮阀孔径 阀孔气速 浮阀动能因子 临界阀孔气速 孔心距 开孔率 单板压降 负荷上限 负荷下限 气相负荷上限 气相负荷下限 操作弹性
符号及单位 L,kmol/h
精馏段
中间段
提馏段
247.68 371.52
3.2110
3
350.28 371.52
371.52 371.52
V,kmol/h LS,m3/s
3.45103
3.00 1.6
2.41103
3.05 1.6
VS,m3/s
D,m
2.98 1.6
HT,m
0.45 5 10
0.45 0.45
NT,块 NF,块
2 4
50
1 2
50
ET,%
50
u,m3/s lw , m
hw , m h0 , m Hd , m n , 个 d0 , m
1.48 1.04 0.056 0.023
1.49 1.04 0.055 0.025
1.52 1.04 0.058 0.018
0.208 288
0.208 0.208
222
0.039
222
0.039
0.039
u0,m3/s
F0 u0c,m3/s
8.57 10 8.87
0.075
10.93 11.35
12
10.64
11
10.87
t,m ,%
P, Pa
—— ——
0.075 13.16 665.79
雾沫夹带控制 漏液线控制
0.075 13.21 637.21
雾沫夹带控制 漏液线控制
17.07 545.59
雾沫夹带控制 漏液线控制
VSmax,m3/s VSmin,m3/s
——
3.48 3.55 4.25
1.12 3.1
1.02 3.5
1.28 3.3
全塔结构设计结果汇总
设计内容 塔高 封头厚度 筒体厚度 保温层厚度 基础环内径 基础环外径 基础环厚度 容器的操作质量 容器的最大质量 容器的最小质量 塔的自振周期 裙座厚度 裙座高度 地脚螺栓个数 地脚螺栓规格 进料管 回流管 塔底出料管 塔顶蒸汽出料管 塔底进气管
符号及单位
Z/m
设计结果 9.89 5.7 5.7 100 100 140 18 6489.72 13459.62 4974.232 0.156 8 3.0 8 M243 383 382.5 253 32510 32510
e/mm e/mm /mm Dob/m
Dib/m St/mm m0/kg mmax/kg mmin/kg T1/s
es/mm
h/m
n/个 mm
Dob/mm Dob/m Dob/m Dob/m Dob/m
参考文献
[1]GB150-2011,压力容器 [S] .
[2]郑津洋,董其伍,桑芝富.过程设备设计 [M] .北京:化学工业出版社,2010. [3]JB 4710-2005,钢制塔式容器 [S] . [4]SH3098-2011,石油化工塔器设计规范[S].