φ1000甲醇精餾塔設(shè)計（全套CAD圖+說明書+開題報告+翻譯）,甲醇,精餾塔,設(shè)計,全套,cad,說明書,仿單,開題,報告,講演,呈文,翻譯
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甲醇精餾塔設(shè)計
【摘要】 甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料等領(lǐng)域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多種有機產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。因此，甲醇在現(xiàn)實中需求量是比較大的，甲醇的大量生產(chǎn)也是很有必要的。本設(shè)計主要是化工容器——甲醇精餾塔的設(shè)計及壓力控制系統(tǒng)設(shè)計，主要介紹了甲醇在工業(yè)中的應(yīng)用，精餾塔的設(shè)計過程以及關(guān)于化工壓力容器的設(shè)計的了解。本設(shè)計師通過課題壁厚的設(shè)計，填料的選擇以及附件的設(shè)計，加深對壓力容器的認(rèn)識達(dá)到研究的目的和期望的結(jié)果，加深對涉及國內(nèi)外先進(jìn)的制造技術(shù)和有關(guān)壓力容器的設(shè)計及工藝等方面的內(nèi)容的學(xué)習(xí)和認(rèn)識。通過查閱各種相關(guān)的文獻(xiàn)資料，據(jù)此熟悉研究內(nèi)容、合理的安排課題進(jìn)度和容器設(shè)計路線。設(shè)計過程主要包括校核方案的最優(yōu)化選取，導(dǎo)向方案中材料參數(shù)的設(shè)定，校核方法的選擇，采用此設(shè)計方案的原因及形狀的選擇；筒體等的計算；工件的加工精度分析等。
【關(guān)鍵詞】 精餾塔 填料 壓力控制系統(tǒng) 設(shè)計、校核方法
Abstract: Methanol is widely used as based Organic chemical raw materials and High-quality fuel. It is mainly used in Fine Chemicals an, Plastic and other fuilds. Also，it is used to make of Formaldehyde Acetate Chloromethane Methylamine Dimethyle sulfate and many other Organic products. It is one of important Stuff of Pesticides and Medicine. Methanol can be used as a new clean fuel after deep processing. It can be burned with gasoline. So it is a great requirement of methanol in our life, and it is necessary to produce a lot of it. The graduation project is mainly chemical containers-the design of methanol distillation and pressure control system design, the main pressure vessel. And it introduced the use of methanol in industry, the process of design of distillation as well as Chemical Pressure Vessel Design understanding. This design is through the sheel wall thickness, the filler picking and accessories designed to enhance awareness of the pressure vessel to achieve the study objectives and desired results better understanding of the involved in advanced manufacturing technology and the pressure vessel design and technology and other aspects of the study and understanding. Through inspection of all relevant documents, thus familiar with the research content, reasonable arrangements and containers subject of the progress of the design route. The design process, including verification program as long as the optimal selection, program-oriented material parameter settings
, Checking methods of selection, the use of this design and the shape of the reasons for selection; cylinder, such as the calculation; workpiece machining accuracy analysis.
Keywords: Distillation Filler Pressure control system Design Checking methods
目錄
第一章 前言………………………………………………………………………1
第二章 填料塔整體結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的選擇………………………3
2.2已知設(shè)計參數(shù)………………………………………………………………………3
2.3設(shè)計方案的確定……………………………………………………………………3
2.4塔型的選擇…………………………………………………………………………3
2.4.1塔型……………………………………………………………………………4
2.4.2填料的選擇……………………………………………………………………5
2.4.3填料層的高度計算及分段……………………………………………………5
2.4.3.1等板高度的計算……………………………………………………………5
2.4.3.2填料層的分段………………………………………………………………6
第三章 塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………6
3.1液體分布裝置………………………………………………………………………6
3.2填料支承裝置………………………………………………………………………7
3.3液體再分布裝置……………………………………………………………………8
3.4填料壓板及床層限制板……………………………………………………………9
3.4.1填料壓板………………………………………………………………………9
3.4.2床層限制版……………………………………………………………………9
3.5輔助裝置及附件……………………………………………………………………10
3.5.1除沫器…………………………………………………………………………10
3.5.2裙座……………………………………………………………………………10
3.5.2.1裙座的選材…………………………………………………………………10
3.5.2.2裙座的結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………10
3.5.2.3裙座與塔題的連接…………………………………………………………11
3.5.3地腳螺栓座………………………………………………………………………11
3.5.4梯子………………………………………………………………………………12
3.5.5檢查孔……………………………………………………………………………13
3.5.6排氣管……………………………………………………………………………14
3.5.7引出管通道……………………………………………………………………14
3.5.8地腳螺栓………………………………………………………………………15
3.5.9模板、樣板和錨板……………………………………………………………16
3.5.10塔釜隔板………………………………………………………………………16
3.6.1接管……………………………………………………………………………17
3.6.1.1液體進(jìn)料管………………………………………………………………17
3.6.1.2釜液出口…………………………………………………………………18
3.6.1.3液面計接口………………………………………………………………19
3.6.2人孔……………………………………………………………………………19
3.6.3吊柱……………………………………………………………………………21
第四章 塔設(shè)備的強度設(shè)計和穩(wěn)定校核………………………23
4.1筒體和封頭尺寸計算……………………………………………………………23
4.1.1根據(jù)設(shè)計壓力和液柱靜壓力確定計算壓力……………………………………23
4.1.2筒體厚度的計算…………………………………………………………………24
4.1.3封頭的壁厚計算…………………………………………………………………24
4.2載荷分析…………………………………………………………………………25
4.2.1塔設(shè)備質(zhì)量載荷計算……………………………………………………25
4.2.2筒體質(zhì)量m1……………………………………………………………………25
4.2.3封頭質(zhì)量………………………………………………………………………25
4.2.4裙座質(zhì)量………………………………………………………………………26
4.2.5塔段內(nèi)件質(zhì)量………………………………………………………26
4.2.6保溫層質(zhì)量…………………………………………………………26
4.2.7平臺、扶梯質(zhì)量（）…………………………………………………26
4.2.8操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量（）……………………………………………27
4.2.9人孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量，…………………………………27
4.2.10充液質(zhì)量…………………………………………………………27
4.2.11塔設(shè)備的操作質(zhì)量…………………………………………………………27
4.2.12塔設(shè)備的最大質(zhì)量…………………………………………………………28
4.2.13塔設(shè)備的最小質(zhì)量…………………………………………………………28
4.3自振周期計算…………………………………………………………………28
4.4地震載荷和地震彎矩計算……………………………………………………28
4.5風(fēng)載荷和風(fēng)彎矩計算…………………………………………………………30
4.6偏心載荷與偏心彎矩計算……………………………………………………34
4.7最大彎矩………………………………………………………………………34
4.8強度校核………………………………………………………………………34
4.8.1筒體應(yīng)力及穩(wěn)定校核…………………………………………………34
4.8.2塔設(shè)備壓力試驗時的應(yīng)力校核………………………………………35
4.8.3裙座軸向應(yīng)力校核……………………………………………………36
4.8.4基礎(chǔ)環(huán)和地腳螺栓設(shè)計及校核………………………………………38
4.8.5筋板設(shè)計及校核………………………………………………………40
4.8.6蓋板設(shè)計及校核………………………………………………………41
4.8.7裙座與塔殼的對接焊縫強度校核……………………………………42
4.8.8接管計算………………………………………………………………42
英文論文翻譯…………………………………………………………………44
英文原文…………………………………………………………………………44
譯文…………………………………………………………………………………52
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………59
謝辭…………………………………………………………………………………60
第74頁/共50頁
第一章 前言
產(chǎn)品介紹 ：1.甲醇性能與用途 甲醇系結(jié)構(gòu)最為簡單的飽和一元醇，CAS號有67-56-1、170082-17-4，分子量32.04。又稱“木醇”或“木精”。是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。有毒，誤飲5～10毫升能雙目失明，大量飲用會導(dǎo)致死亡。用于制造甲醛和農(nóng)藥等，并用作有機物的萃取劑和酒精的變性劑等。通常由一氧化碳與氫氣反應(yīng)制得。其應(yīng)用：1.基本有機原料之一。主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多種有機產(chǎn)品：2.用作涂料、清漆、蟲膠、油墨、膠黏劑、染料、生物堿、醋酸纖維素、硝酸纖維素、乙基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛等的溶劑；3.是制造農(nóng)藥、醫(yī)藥、塑料、合成纖維及有機化工產(chǎn)品如甲醛、甲胺、氯甲烷、硫酸二甲酯等的原料。其他用作汽車防凍液、金屬表面清洗劑和酒精變性劑等；4.是重要的溶劑，可摻入汽油作替代燃料使用。20世紀(jì)80年代以來，甲醇用于生產(chǎn)汽油辛烷值添加劑甲基叔丁基醚、甲醇汽油、甲醇燃料，以及甲醇蛋白等產(chǎn)品，大大促進(jìn)了甲醇生產(chǎn)的發(fā)展和市場需要；5.用作分析試劑，如作溶劑、甲基化試劑、色譜分析試劑。還用于有機合成；6.甲醇為清洗去油劑，MOS級主要用于分立器件，中、大規(guī)模集成電路，BV-Ⅲ級主要用于超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)。甲醇的用途：甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料等領(lǐng)域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫二甲酯等多種有機產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇和氨反應(yīng)可以制造一甲胺。甲醇的來源：甲醇可從煤制取，特別是可利用劣質(zhì)高硫煤和焦?fàn)t氣回收制取。也可自生物質(zhì)（如林木、有機垃圾等）提取。甲醇生產(chǎn)是我國化工行業(yè)中的成熟產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)工藝簡單，投資和生產(chǎn)成本都較低。2012年我國甲醇年產(chǎn)能力有5074萬噸，年產(chǎn)量約2640萬噸，產(chǎn)能過剩情況嚴(yán)重。新建一個年產(chǎn)60萬噸的裝置，投資約20億元，其生產(chǎn)工藝路線和裝備完全可立足國內(nèi)，并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。生產(chǎn)方法：工業(yè)上合成甲醇幾乎全部采用一氧化碳加壓催化加氫的方法，工藝過程包括造氣、合成凈化、甲醇合成和粗甲醇精餾等工序；（粗甲醇的凈化過程包括精餾和化學(xué)處理。化學(xué)處理主要用堿破壞在精餾過程中難以分離的雜質(zhì)，并調(diào)節(jié)pH值；精餾主要是脫除易揮發(fā)組分如二甲醚，以及難揮發(fā)組分職乙醇、高碳醇和水。粗餾后的純度一般都可達(dá)到98%以上。）將工業(yè)甲醇用精餾的方法將含水量降到0.01%以下。再用次碘酸鈉處理，可除去其中的丙酮。經(jīng)精餾得純品甲醇；
一般均以工業(yè)甲醇為原料，經(jīng)常壓蒸餾除去水分，控制塔頂64～65℃，過濾除去不溶物即可；還可從木材干餾時得到的焦木酸分出；甲醇的制備主要采用精餾工藝。以工業(yè)甲醇為原料，經(jīng)精餾、超凈過濾、超凈分裝，得高純甲醇產(chǎn)品。
國內(nèi)生產(chǎn)情況和分析1.1國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家 目前，現(xiàn)有甲醇生產(chǎn)廠家148家，生產(chǎn)總量為480萬噸，產(chǎn)量為280萬噸，市場需求390萬噸。，預(yù)計2005甲醇需求量約550萬噸。有30多家設(shè)備處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)，其中大多數(shù)是因為生產(chǎn)成本高、設(shè)備效益能力低等原因，部份技術(shù)落后、設(shè)備老舊、產(chǎn)能小的生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)顯現(xiàn)出將被淘汰的趨勢較大的有上海焦化有限公司以煤為原料的生產(chǎn)裝置；中石化四川維尼綸廠以乙炔尾氣和天然氣為原料的生產(chǎn)設(shè)備；以天然氣為原料的甲醇生產(chǎn)企業(yè)還有陜西榆林天然氣化工公司、大慶油田甲醇廠、陜西長慶油田、四川江油甲醇廠等，生產(chǎn)規(guī)模多在10萬公噸/年左右，其它生產(chǎn)設(shè)備大多數(shù)采用聯(lián)醇技術(shù)，生產(chǎn)規(guī)模多在1~5萬公噸/年。 1995年以來，國內(nèi)甲醇工業(yè)發(fā)展迅速，生產(chǎn)所用原料由聯(lián)醇法的合成氣為主，向天然氣和煤為主的方向發(fā)展，其主要發(fā)展因素是新天然氣田的開發(fā)，如、四川、內(nèi)蒙等。另外由于國內(nèi)甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)，如甲醛、烯烴、醋酸、甲酯系列、民用/汽車燃料等，以及西南化工研究院和南化公司研究甲醇催化劑的開發(fā)生產(chǎn)。目前有多家以煤或天然氣為原料的甲醇計畫在申報和籌備之中，其中有6個設(shè)備規(guī)模在10萬公噸/年以上，最大的為60萬公噸/年。擬建裝置總產(chǎn)能為213萬公噸/年。
甲醇主要下游產(chǎn)品（甲醛、甲醇汽油、二甲醚等）市場前景分析 甲醇需求量與經(jīng)濟的總體發(fā)展有密切相關(guān)。2001年國內(nèi)甲醇的需求量為350萬公噸，主要應(yīng)用于：甲醇衍生物占69%、燃料占7%、溶劑占5%、醫(yī)藥占6.5%、農(nóng)藥醫(yī)藥占8.5%、其它占4%.
近年國內(nèi)甲醇進(jìn)口量及價格 國內(nèi)每年進(jìn)口大量甲醇來滿足市場需求，市場價格趨向國際市場化。近年來，國內(nèi)甲醛、醋酸的消費市場增加，甲醇需求量相對應(yīng)增加，部份甲醇廠又因為種種原因停產(chǎn)或減產(chǎn)，因此不能滿足國內(nèi)市場的需求。
市場分析預(yù)測2005年的甲醇需求將會大大增加 在目前的條件下要求一段確定的時間，以便從2004年中期新增生產(chǎn)能力中獲利。這段時間還可能拖延到2005年中期。明年估計將有更多的新建產(chǎn)能投入使用。2004年甲醇的總需求與2003年一樣，據(jù)預(yù)測2005年的甲醇需求將會大大增加，其原因是由于與甲基叔丁基醚無關(guān)的部門活躍起來。作出改變預(yù)測的依據(jù)是計劃中有多少新增產(chǎn)能在考察期中實際投入使用，這些新增產(chǎn)能對市場的產(chǎn)品價格有哪些影響。
2004后5年中投產(chǎn)的甲醇產(chǎn)能將超過1800萬噸，這些新增產(chǎn)能主要分布于南美、近東和澳大利亞、這些地區(qū)將變成主要的工業(yè)甲醇生產(chǎn)和供應(yīng)中心，同時甲醇的需求增長為每年500萬噸。除新增甲醇產(chǎn)能外，現(xiàn)有的大規(guī)模的甲醇產(chǎn)能分布在北美和歐洲。但是如果新增產(chǎn)能出現(xiàn)以外停產(chǎn)的話，現(xiàn)有的甲醇產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場需求。所以現(xiàn)有的位于中歐、獨聯(lián)體、印度、東南亞和東北亞地區(qū)甲醇生產(chǎn)廠家的負(fù)擔(dān)很重。
第二章 填料塔整體結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的選擇
2.2.已知設(shè)計參數(shù)：
操作壓力： 常壓
操作溫度： 120℃
入塔物料： 甲醇
塔高： 14.96米
塔徑： 1米
環(huán)境： 衡陽室外
2.3.設(shè)計方案的確定
本設(shè)計任務(wù)是分離甲醇——水混合物。對于二元混合物分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾的流程。設(shè)計采用泡點進(jìn)料，把原料通過預(yù)熱器加熱到泡點后送入精餾塔內(nèi)。甲醇常壓下沸點為64.8℃，而本任務(wù)是采用常壓操作，符合題意。采用30℃的循環(huán)水進(jìn)行冷凝。塔頂上升蒸汽用全凝器冷凝，冷凝液到泡點下一部分后回流至塔內(nèi)，而其余部分經(jīng)過產(chǎn)品冷卻器冷卻送至儲槽。由于所分離物系的重組分是水，所以直接采用直接蒸汽加熱的方式，釜殘液進(jìn)行直接排放。
2.4.塔型的選擇
2.4.1塔型
因為入塔物料是甲醇——水混合物，腐蝕性比較弱，所以根據(jù)操作條件和塔的塔徑為D=1000mm，故選擇填料塔。
填料塔是塔內(nèi)填料作氣液間接觸構(gòu)件傳質(zhì)設(shè)備。填料塔塔身
1-吊柱：2-氣體出口：3-噴淋裝置：4-人孔：5-殼體：6-液體再分布器：
7-填料：8-卸填料人孔：9-支承裝置：10-氣體入口
11-液體出口：12-裙座：13-檢查孔
圖2-1 填料塔的整體結(jié)構(gòu)
是一個直立式的圓筒，其底部裝填料支承板，其中的填料以亂堆或整砌方式放置于支承板上。填料上方安裝有填料壓板，防被上升氣流吹動。液體于塔頂經(jīng)過液體分布器然后噴淋到填料上面，并沿著填料表面流下來。氣體于塔底送進(jìn)塔，經(jīng)過氣體分布裝置分布后，跟液體呈現(xiàn)逆流的連續(xù)通過的填料層空隙，并在填料表面上，經(jīng)氣液兩相密切接觸后進(jìn)行傳質(zhì)。由于填料塔屬連續(xù)的接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，其兩相的組成沿塔高連續(xù)的變化，并在正常操作狀態(tài)下，其中的氣相連續(xù)相，而液相為分散相。
當(dāng)有液體沿著填料層向下流動的時候，其有逐漸向塔壁集中的現(xiàn)象，使塔壁附近液流量增大，這現(xiàn)象稱壁流。由于壁流效應(yīng)造成的氣液兩相在填料層中的分布不均，使傳質(zhì)的效率下降。所以，填料層較高時，就需要進(jìn)行分段，在中間設(shè)置再分布裝置。而液體的再分布裝置其中包括液體的收集器和液體的再分布器的兩部分，在上層填料流下液體經(jīng)過液體收集器的收集后，就送到液體的再分布器，經(jīng)過重新的分布，噴淋到下層的填料上。
填料塔有生產(chǎn)能力大，分離的效率高，壓降比較小，持液量較小，和操作彈性比較大的優(yōu)點。
當(dāng)然填料塔有一些的不足的地方，比如填料造價較高；而且當(dāng)液體負(fù)荷小時不能夠有效的潤濕填料的表面，使傳質(zhì)的效率降低；不能夠直接用有懸浮物或者容易聚合物料；對于側(cè)線的進(jìn)料和出料等復(fù)雜的精餾不太適合等。
2.4.2填料的選擇
因為本塔設(shè)計是甲醇填料精餾塔，介質(zhì)是甲醇，綜合考慮腐蝕性，塔體直徑和其他性質(zhì)，選擇顆粒型填料的不銹鋼矩鞍環(huán)填料38#填料。
而由《化工設(shè)備設(shè)計全書-塔設(shè)備》的表5-20 不銹鋼矩鞍環(huán)的特性數(shù)據(jù)可知，所選的填料尺寸是38×16.5×0.4，堆積個數(shù)為n=38160個/m3，堆積密度181kg/m3，比表面積=123，空隙率=0.977，干填料因子=132。
表 2-1
2.4.3填料層高度的計算及分段
2.4.3.1等板高度的計算
由研究者通過大量數(shù)據(jù)回歸，在常壓蒸餾時的HETP關(guān)聯(lián)式如下：
其中中 H——等板高度，mm；
σL——液體表面張力，N/m；
μL——液體粘度，Pa/s；
h——常數(shù)。
在《化工原理》附錄2 的物理性質(zhì) 中查，在120℃的液體表面張力是548.4N/m，粘度是237.4Pa/s。查表5-15 HETP式中常數(shù)值得h=7.0382.
故結(jié)合上式HETP=1022.7mm。，因為本設(shè)計的塔高=14.96m，減去部分高度得到填料層的高度約為8000mm。
2.4.3.2填料層的分段
對于散裝填料，根據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計全書-塔設(shè)備》表5-16 散裝填料分段高度得到不銹鋼矩鞍環(huán)填料塔中的h/D=8～15，hmax≤6m。故精餾段分成三段，每段=2150mm；提餾段一段=2500mm。
第三章 塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1液體分布裝置
為使液體初始分布均勻，所以原則上增加單位面積的噴淋點數(shù)。但是，因為結(jié)構(gòu)的限制，故不能將噴淋點數(shù)設(shè)計的很多，而如果噴淋點數(shù)過多，塔中勢必每一股液流流量過小，也難以保證均勻分配。另外，不同填料對液體均勻分布也有差別：像高效填料，流體不均勻分布對效率影響非常敏感，所以應(yīng)有較嚴(yán)格的均布要求。
根據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計全書-塔設(shè)備》，常用填料噴淋點數(shù)參考以下指標(biāo)。
D≈1200mm，每240cm2塔截面設(shè)置一個噴淋點。
因為本設(shè)計塔徑D=1000mm，故每240cm2塔截面設(shè)立一個噴淋點。塔截面為：
A=7850cm2
故噴淋點數(shù)是32.7≈33個。
為滿足塔徑、液流量和均布程度要求，設(shè)計選取是篩孔盤式分布器。板上的篩孔是按正三角形排列，孔徑是Φ3～Φ10mm。根據(jù)氣體的負(fù)荷大小，分布器上安裝升氣管，升氣管的直徑D>Φ15。液體從分布盤上方的中心管注入盤內(nèi)，而管口高于圍環(huán)上緣到50～200mm，本設(shè)計選取150mm。塔內(nèi)徑和分布器定位塊外廊間隙約為8～12mm。分布盤直徑Dt=（0.85～0.88）D。因為塔徑是1000mm>600mm，故分布盤設(shè)計為分塊結(jié)構(gòu)，本設(shè)計為3塊。