循环苯精馏塔设计说明书

本科毕业设计循环苯精馏塔设计学 院 化工与药学院 专 业 过程装备与控制工程年级班别 学 号 学生姓名 黄超 指导教师 2017 年 5 月 12 日JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGYI目录第 1 章 概述.11.1 精馏塔国内外发展状况及现状.11.2 精馏原理.11.3 苯和乙苯的性质.11.3.1 苯、乙苯的物理性质.21.3.2 苯、乙苯在某些温度下的表面张力.21.3.3 苯、乙苯在某些温度下的粘度.21.3.4 苯、乙苯的液相密度.2第 2 章 设计方案的确定及流程说明.32.1 工艺流程.32.2 设备选型.32.2.1 塔设备选型.32.2.2 塔板的类型与选择.42.2.3 操作条件.5第 3 章 精馏塔模拟设计计算及操作条件的选择.53.1 理论级数 NT 的确定 .53.2 回流比 R 的选择 .53.3 进料位置的选择.63.4 操作压力的选择.63.5 操作条件.63.6 辅助设备模拟结果.8第 4 章 循环苯精馏塔工艺设计.84.1 塔高的估算.84.2 塔径 D.94.3 液流型式的选择.104.4 降液管及溢流堰尺寸.114.4.1 降液管尺寸.114.4.2 溢流堰尺寸.114.5 浮阀数及排列方式.124.5.1 浮阀数.124.5.2 浮阀排列方式.124.6 塔板流动性能的校核.134.6.1 液沫夹带量校核.134.6.2 塔板阻力计算.144.6.3 降液管液泛校核.154.6.4 液体在降液管内停留时间校核.154.6.5 严重漏液校核.154.6.6 塔板负荷性能图.164.6.7 塔板设计结果.18第 5 章 塔附属设备的选型与设计.20II5.1 换热设备.205.2 原料泵的选择.20第 6 章 塔设备结构设计.216.1 塔盘类型的选择.216.2 降液管的形式.226.3 受液盘的设计.226.4 溢流堰的设计.226.5 塔盘的支承结构.236.6 封头.236.7 人孔.246.8 接管与法兰.246.8.1 接管.246.8.2 法兰.256.9 垫片的选用.256.10 裙座.266.11 吊柱.266.12 除沫器的设计.276.13 塔高的确定.27第 7 章 塔设备的机械设计.297.1 容器类别的确定.297.2 选择材料.297.3 按计算压力计算筒体和封头的厚度.297.4 塔的质量计算.307.4.1 塔壳和裙座的质量.307.4.2 塔内构件质量.307.4.3 人孔、法兰、接管与附属物质量.307.4.4 保温材料质量.307.4.5 平台、扶梯质量.317.4.6 操作时塔内物料质量.317.4.7 充水质量.317.4.8 全塔操作质量.317.4.9 全塔最小质量.317.4.10 全塔最大质量.317.5 塔的自振周期计算.327.6 地震载荷计算.327.7 风载荷的计算.337.7.1 风力计算.337.7.2 风弯矩计算.357.8 各种载荷引起的轴向应力.357.8.1 计算压力引起的轴向拉应力.357.8.2 重量载荷引起的轴向压应力.357.8.3 最大弯矩引起的轴向应力.367.9 筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核.377.9.1 筒体的强度与稳定性校核.37III7.9.2 裙座的稳定性校核.377.10 筒体和裙座水压试验应力校核.387.10.1 筒体水压试验应力校核.387.10.2 裙座水压试验应力校核.397.11 封头校核.397.12 基础环设计.397.12.1 基础环尺寸.397.12.2 基础环的应力校核.407.12.3 基础环厚度.407.13 地脚螺栓计算.417.13.1 地脚螺栓承受的最大拉应力.417.13.2 地脚螺栓直径.417.14 裙座的尺寸计算.437.15 开孔补强.43第 8 章 焊接设计.448.1 接头的分类及其选择.448.2 焊接方法.458.3 焊接顺序.468.3.1 焊前清理.468.3.2 焊接过程和顺序.46第 9 章 制造、加工与检验.469.1 制造要求.469.1.1 材料检验.469.1.2 冷热成形.479.2 制造与组装.479.3 焊接及其特点.479.4 设备的检验.47结论.48参考文献.49I循环苯精馏塔设计摘要本设计是苯、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/T 47041-2014塔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。【关键词】精馏；板式塔；浮阀塔；结构设计；稳定性校核IICyclic benzene distillation column designAbstractThis design is a distillation unit that separates benzene from hydrocarbon from the process of benzene and ethyl benzene separation process，the design is float valve tower in the plate tower，the distillation process is realized by plate type tower，tray tower adopts float valve tower. In the design process first, according to the separation process requirements of the tower process calculation. The size of the process structure, such as tower diameter, tower height, plate number and overflow weir, is determined, and select the tower attached equipment. Then the parts of the structure design of the tower equipment. The tray, the hydraulic pipe, the overflow weir, and the head structure are determined. Then according to the national standard GB150-2011 “steel pressure vessel“， NB/T 47041-2014“tower vessel” and so on pressure vessel design and related design manual of tower equipment for the calculation of strength and stability. To further determine the head, the tower body and the skirt of the wall thickness. The wind loads and seismic loads are checked and checked for some dangerous cross section. Finally, several welding joints are explained, and the requirements for welding, manufacturing and inspection of tower equipment are put forward.【Keywords】Rectification; Plate tower; Float valve tower; Structural design; Stability checking荆楚理工学院毕业设计1第 1 章 概述1.1 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。1.2 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。1.3 苯和乙苯的性质苯（benzene， CH)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(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）：荆楚理工学院毕业设计216.0。介电常数：3.24,偶极距（10-24cm3）：,极化率：3.55。1.3.1 苯、乙苯的物理性质项目 分子式 分子量 沸点 临界温度 临界压强 Pa苯 A C6H6 78.11 80.1 288.5 6833.4乙苯 B C8H10 106.16 136.2 348.57 4307.71.3.2 苯、乙苯在某些温度下的表面张力t/ 20 40 60 80 100 120 140(mN/)苯28.8 26.25 23.74 21.27 18.85 16.49 14.17乙 苯29.3 27.14 25.01 22.92 20.85 18.81 16.821.3.3 苯、乙苯在某些温度下的粘度t/ 0 20 40 60 80 100 120 140）苯 s(mPa0.742 0.638 0.485 0.381 0.308 0.255 0.215 0.184)（乙 苯 0.874 0.666 0.525 0.426 0.354 0.300 0.259 0.2261.3.4 苯、乙苯的液相密度t/ 20 40 60 80 100 120 140(kg/m3)苯877.4 857.3 836.6 815.0 792.5 768.9 744.1乙 苯867.7 849.8 931.8 913.6 795.2 776.2 756.7荆楚理工学院毕业设计3第 2 章 设计方案的确定及流程说明2.1 工艺流程图 2.1 苯、乙苯分离工艺流程由 P-101 泵将烃化液从中间罐 V-101 中引出，送至进料预热器 E-101，在 E-101 中与釜液换热回收热量被预热至 95，进入循环苯塔 T-101 中。循环苯塔所需热量由再沸器 E-103 加入驱动精馏过程后，其热量由冷凝器 E-102 从塔顶移出，使塔顶蒸汽全部冷凝。凝液经回流泵 P-103A/B 一部分送至 T-101 塔顶作为回流，余下部分作为产品送至冷却器 E-105，冷却至 40，然后进入产品储罐 V-103 中。T-101 塔排出的釜液经 E-101 与进料换热后，由 E-104 冷却至 40，然后进入产品罐 V-104 中。2.2 设备选型2.2.1 塔设备选型实现精馏过程的主体设备主要有填料塔和板式塔。填料塔属于微分接触型的气液传质设备。塔内以填料作为气液接触和传质的基本构件。液体在填料表面呈膜状自上而下流动，气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相间的传质和传热。两相的组分浓度或温度沿塔高呈连续变化。板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。塔内以塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡和喷射的形式穿过塔板上的液层，使气-液相密切接触而进行传质与传热，两相的组分浓度呈阶梯式变化。填料塔与板式塔的主要区别见表 2.1 所示。荆楚理工学院毕业设计4表 2.1 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 对液体量有一定要求 较大持液量 较小 较大安装、检修 较难 较容易材质 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。2.2.2 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