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1、畢業(yè)設(shè)計
循環(huán)苯精餾塔設(shè)計
學(xué)校:天津職業(yè)大學(xué)
學(xué)院:生物與環(huán)境工程學(xué)院
專業(yè):化工設(shè)備檢修技術(shù)
學(xué)號:150231131
班級:15化設(shè)1班
指導(dǎo)教師:吳靜
姓名:王建文
簡介:本設(shè)計是苯、乙苯分離工藝流程中從烴化液分離出苯的一個精餾裝置,設(shè)計的是板式塔中的浮閥塔,精餾過程采用板式塔實現(xiàn),塔盤形式采用浮閥塔。設(shè)計過程中首先依據(jù)分離工藝過程要求對塔設(shè)備進行了工藝計算,確定了塔徑、塔高、塔盤數(shù)量和溢流堰等工藝結(jié)構(gòu)尺寸,并對塔附屬設(shè)備進行了選型;接著對塔設(shè)備進行零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計,確定了塔盤、降液管、溢流堰和封頭等結(jié)構(gòu);隨后依據(jù)GB150-
2、2011《壓力容器》和NB/T47041-2014《塔式容器》等關(guān)于壓力容器設(shè)計方面的國家標準和相關(guān)設(shè)計手冊對塔設(shè)備進行了強度計算和穩(wěn)定性校核,進一步確定了封頭、塔體和裙座的壁厚,并對一些危險截面進行風(fēng)載荷和地震載荷的校核計算,最后對幾種焊接接頭進行說明并對塔設(shè)備的焊接、制造和檢驗提出了具體要求。
精餾塔國內(nèi)外發(fā)展狀況及現(xiàn)狀
氣-液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔,也可采用填料塔,板式塔為逐級接觸型氣-液傳質(zhì)設(shè)備,其種類繁多,根據(jù)塔板上氣-液接觸元件的不同,可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最
3、早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年),其后,特別是在本世紀五十年代以后,隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,相繼出現(xiàn)了大批新型塔板,如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實際使用情況看,主要的塔板類型為篩板塔、浮閥塔及泡罩塔,而前者使用尤為廣泛。在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護等工業(yè)部門,塔設(shè)備是一種重要的單元操作設(shè)備。它的應(yīng)用面廣、量大。據(jù)統(tǒng)計,塔設(shè)備無論其投資費還是所有消耗的鋼材重量,在整個過程裝備中所占的比例都相當(dāng)高。
精餾塔國內(nèi)外發(fā)展狀況及現(xiàn)狀
氣-液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既
4、可采用板式塔,也可采用填料塔,板式塔為逐級接觸型氣-液傳質(zhì)設(shè)備,其種類繁多,根據(jù)塔板上氣-液接觸元件的不同,可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年),其后,特別是在本世紀五十年代以后,隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,相繼出現(xiàn)了大批新型塔板,如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實際使用情況看,主要的塔板類型為篩板塔、浮閥塔及泡罩塔,而前者使用尤為廣泛。在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護等工業(yè)部門,塔設(shè)備是一種重要的單元操作設(shè)
5、備。它的應(yīng)用面廣、量大。據(jù)統(tǒng)計,塔設(shè)備無論其投資費還是所有消耗的鋼材重量,在整個過程裝備中所占的比例都相當(dāng)高。
精餾原理
精餾是分離液體混合物最常用一種單元操作,在化工、煉油等工業(yè)中應(yīng)用很廣。它通過汽、液兩相的直接接觸,利用組分揮發(fā)度的不同,使易揮發(fā)組分由液相向汽相傳遞,難揮發(fā)的由汽相向液相傳遞,是汽、液兩相之間的傳質(zhì)過程。精餾過程中,料液自塔的中部某適當(dāng)?shù)奈恢眠B續(xù)地加入塔內(nèi),塔頂設(shè)有冷凝器將塔頂蒸汽冷凝為液體。冷凝液的一部分回入塔頂,稱為回流液,其余作為塔頂產(chǎn)品(餾出液)連續(xù)排出。在塔內(nèi)上半部(加料位置以上)上升蒸汽和回流液體之間進行著逆流接觸和物質(zhì)傳遞。塔底部裝有再沸器(蒸
6、餾釜)以加熱液體產(chǎn)生蒸汽,蒸汽沿塔上升,與下降的液體逆流接觸并進行物質(zhì)傳遞,塔底連續(xù)排出部分液體作為塔底產(chǎn)品。塔的上半部分(加料位置以上)稱為精餾段,塔的下半部分包括再沸器(蒸餾釜)稱為提餾段。精餾用于比較難分離的體系,用普通的精餾不能分離的體系則可用特殊的精餾。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),增大組分間的相對揮發(fā)度,達到有效分離的目的。
苯和乙苯的性質(zhì)
苯(benzene,C?H?)有機化合物,是組成結(jié)構(gòu)最簡單的芳香烴,在常溫下為一種無色、有甜味、油狀的透明液體,其密度小于水,具有強烈的特殊氣味??扇迹卸?,為IARC第一類致癌物。苯不溶于水,易溶于有機
7、溶劑,本身也可作為有機劑。熔點為5.5℃,沸點為80.1℃。如用水冷卻,可凝成無色晶體。苯的性質(zhì)是易取代,難氧化,難加成。苯是一種石油化工基本原料。苯的產(chǎn)量和生產(chǎn)的技術(shù)水平是一個國家石油化工發(fā)展水平的標志之一。苯具有的環(huán)系叫苯環(huán),是最簡單的芳環(huán)。
乙苯(ethylbenzene,C6H5C2H5)是一個芳香族的有機化合物,主要用途是在石油化學(xué)工業(yè)作為生產(chǎn)苯乙烯的中間體,所制成的苯乙烯一般被用來制備常用的塑料制品——聚苯乙烯。乙苯經(jīng)過催化脫氫,生成氫氣和聚苯乙烯。乙苯也存在與某些顏料中。外觀與性狀:無色液體,有芳香氣味。熔點(℃):-94.9。沸點(℃):136.2。相對密度(水=1):0.8
8、7。相對蒸汽密度(空氣=1):3.66。飽和蒸汽壓(kPa):1.33(25.9℃)。臨界溫度(℃):343.1。臨界壓力(MPa):3.70。閃點(℃):15。引燃溫度(℃):432。溶解性:不溶于水,可混溶于乙醇、醚等多數(shù)有機溶劑。摩爾折射率:8.96,摩爾體積(m3/mol):45.7。等張比容(90.2K):91.5,表面張力(dyne/cm):16.0。介電常數(shù):3.24,偶極距(10-24cm3):,極化率:3.55。
塔設(shè)備的選型
填料塔與板式塔的比較
填料塔
板式塔
壓降
小尺寸填料,壓降較大,而大尺寸填料
及規(guī)整填料,則壓降較小
較大
空塔氣速
9、
小尺寸填料氣速較小,而大尺寸填料
及規(guī)整填料則氣速可較大
較大
塔效率
傳統(tǒng)的填料,效率較低,而新型亂堆
及規(guī)整填料則塔效率較高
較穩(wěn)定
效率較高
液-氣比
對液體量有一定要求
較大
持液量
較小
較大
安裝 檢修
較難
較易
材質(zhì)
金屬及非金屬材料均可
一般用金屬材料
造價
新型填料,投資較大
大直徑時造價較低
綜合考慮上表各項,板式塔由于比填料塔性能穩(wěn)定、效率高、安裝檢修方便及造價低等優(yōu)點,本設(shè)計選用板式塔
塔板的類型與選擇
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)應(yīng)用以錯流式塔板為主,常用的錯流式塔板
10、主要有泡罩塔、篩板塔、浮閥塔等。其中泡罩塔是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板,其主要元件為升氣管及泡罩。它的優(yōu)點是操作彈性較大,液氣比范圍大,不易堵塞,適于處理各種物料,操作穩(wěn)定可靠。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價高;板上液層厚,塔板壓降大,生產(chǎn)效率及板效率較低。
篩孔塔板簡稱篩板,結(jié)構(gòu)特點為塔板上開有許多均勻的小孔。篩板的特點是結(jié)構(gòu)簡單,造價低;板上液面落差小,氣體壓強低,生產(chǎn)能力較大;氣體分散均勻,傳質(zhì)效率較高。其缺點是篩孔易堵塞不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。
浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其結(jié)構(gòu)特點是在塔板上開有若干閥孔,每個閥孔裝有一個可以上下浮動的閥片。它的優(yōu)點是
11、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、造價低;塔板開孔率大,生產(chǎn)能力大,操作彈性大及塔板效率高等優(yōu)點,且加工方便,故有關(guān)浮閥塔板的研究開發(fā)較其他幾種塔型的塔板廣泛,是目前新型塔板研究開發(fā)的主要方向
裙座
采用圓錐形裙座,塔底常用裙座支撐,裙座的結(jié)構(gòu)性能好,連接處產(chǎn)生的局部阻力小,所以它是塔設(shè)備的主要支座形式。因為本設(shè)計塔直徑小,塔高度過高,采用圓錐形裙座可提高設(shè)備的穩(wěn)定性,降低基礎(chǔ)環(huán)支撐面上的應(yīng)力,增加承壓面積。裙座與塔體的連接采用焊接,焊接接頭形式采用對接接頭的形式,焊縫采用全焊透連續(xù)焊。
除沫器的設(shè)計
采用絲網(wǎng)除沫器,絲網(wǎng)除沫器是一氣液分離裝置,氣體通過除沫器的絲墊,可除去夾帶的霧沫,結(jié)構(gòu)簡
12、單體積小,除沫效率高,阻力小,重量輕,安裝、操作、維修方便,絲網(wǎng)除沫器對粒徑≥3~5um的霧沫,捕集效率達98%-99.8%,而氣體通過除沫器的壓力降卻很小,只有250-500Pa,有利于提高設(shè)備的生產(chǎn)效率。設(shè)計時人孔在絲網(wǎng)除沫器下方,所以采用下式絲網(wǎng)除沫器
1塔體上每隔8米左右開設(shè)一個人孔,其4個人孔
2相應(yīng)在人孔處安裝操作平臺,平臺寬B=900mm,單位質(zhì)量150kg/m2,包角180
3塔體外表面保溫層厚度
4塔器設(shè)置地區(qū)的基本風(fēng)壓值
5地震設(shè)防烈度為7度
6場地土為Ⅱ類場地土
7支座為Φ1400,Φ200,高度的圓錐形裙座
8塔體焊接接頭系數(shù),塔體與裙座對接焊
9
13、塔體與封頭的壁厚附加量C=2mm
裙座的壁厚附加量C=2mm
10筒體與封頭材料用20R
裙座材料用Q235-A
主要工藝參數(shù)
數(shù)據(jù)
塔體內(nèi)徑Di/mm
1500
塔高H/mm
36000
計算壓力pc/MPa
0.05
操作溫度t/
150
塔板數(shù)Np
48
塔盤上清液層高度hL/mm
83
液相介質(zhì)密度L(kg/m3)
752.5
塔釜深度h0/mm
1500
扶梯高度HF/mm
35000
筒體計算厚度:
(0.05*1500)/(2*123*0.85-0.05)=0.36mm
=
-
封頭計算厚度:
(0.05*
14、1500*1)/(2*123*0.85-0.5*0.05)=0.36mm
加上厚度附加量
C=2mm,
并圓整,還應(yīng)考慮多種載荷,以及制造、運輸、安裝等因素,?。?
所以筒體的名義厚度Sn=7
封頭的名義厚度Shn=7
圓筒質(zhì)量
塔體圓筒總高度
Ho=36-5-0.65=31.35m
=11668.4669Kg
裙座質(zhì)量
保溫材料質(zhì)量
--
=
精餾所進行的是氣、液兩相之間的傳質(zhì),而作為氣、液兩相傳質(zhì)用的塔設(shè)備首先必須
要能使氣、液兩相得到充分接觸,以達到較高的傳質(zhì)效率。塔設(shè)備設(shè)計要具備下列各種基
本要求:
1、氣、液處理量大,即當(dāng)生產(chǎn)能力大時,仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶,攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。
2、操作穩(wěn)定,彈性大,即當(dāng)塔設(shè)備的氣、液負荷有較大范圍的變動,仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定操作,并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。
3、流體流動的阻力少,可降低操作費用。
4、結(jié)構(gòu)簡單,材料耗用量小,制造和安裝容易。
5、耐腐蝕和不易堵塞,方便操作,調(diào)節(jié)和檢修。
6、塔內(nèi)的滯留量要小
=
-
=
f
s