DN1100斜孔式精餾塔設計含11張CAD圖,dn1100,斜孔式,精餾塔,設計,11,十一,cad DN1100斜孔式精餾塔設計 摘 要 本次設計的是DN1100斜孔式精餾塔，其中DN1100表示的是該塔的塔內徑。斜孔式精餾塔屬于板式塔的一種，其塔盤采用的是斜孔塔盤，斜孔塔充分地結合了篩板塔和浮閥塔的優(yōu)點。斜孔塔盤是屬于噴射型塔盤，近似于篩孔塔板，流動狀態(tài)比篩孔塔板合理，性能比篩孔塔板優(yōu)越。不過也有類似篩孔塔板的缺點，如有設計方法和使用技巧不正確時，容易被誤會為彈性小，不好操作而得不到重視。其與浮閥塔盤相比，彈性不如浮閥塔盤，但處理量大大超過浮閥塔盤。斜孔塔盤優(yōu)缺點并存，本設計的目的就是要盡量放大其具備的優(yōu)點，再進一步縮小其缺點，提高塔盤的處理效率，解決斜孔容易堵塞以及設計使用方法復雜等難題，讓其得到工人們的認可，并將其推廣發(fā)揚。整個設計過程，我通過塔體載荷，塔體的強度等不同方面的數(shù)據(jù)計算來設計斜孔塔盤的最優(yōu)數(shù)值，根據(jù)計算得出的數(shù)值來進一步確定塔盤的最佳擺放位置與最優(yōu)開孔方式。為了使斜孔塔盤能發(fā)揮其最大的功效，在選材方面也要進行慎重考慮。最后一步就是塔設備安裝與運輸計劃的制定，以及防腐工作計劃的確定。除此之外，對于斜孔塔盤的加工工藝過程也需有詳細的加工計劃。 關鍵詞：斜孔塔盤；精餾塔；噴射型；板式塔；DN1100；設計 ABSTRACT I designed DN1100 oblique-hole distillation column, in which DN1100 represents the length of the inner diameter of the tower. The oblique-orifice distillation tower is a kind of plate-type tower. Its tray adopts oblique-orifice tray, which fully combines the advantages of sieve tray and float valve tray. The oblique-orifice tray belongs to jet-type tray, which is similar to sieve-orifice tray. Its flow state is more reasonable than sieve-orifice tray and its performance is superior to sieve-orifice tray. However, there are some shortcomings similar to the sieve tray. If the design method and use skills are incorrect, it is easy to be misunderstood as small elasticity, poor operation and not paid attention to. Compared with the valve tray, the elasticity of the valve tray is not as good as that of the valve tray, but the throughput of the valve tray is much larger than that of the valve tray. The oblique hole tray has both advantages and disadvantages. The purpose of my design is to enlarge its advantages as far as possible, further narrow its disadvantages, improve the tray's treatment efficiency, solve the problems of easy blockage of oblique hole and complex calculation method, so that it can be recognized by workers and promoted. Throughout the whole design process, I design the optimum value of the inclined hole tray by calculating the mass of the tower, the load of the quality of the tower equipment, the strength of the tower body and other data. According to the calculated value, I further determine the optimum position of the tray and the optimum opening mode. In order to make the oblique orifice tray play its most effective role, careful consideration should also be taken in material selection. In addition, a detailed processing plan is also needed for the industrial process of inclined hole tray. Key words: sieve tray tower; tray; reducing liquid;Inclined hole tray 目錄 1概 述 1 1.1塔設備的簡介 1 1.2 精餾塔的簡介 1 1.3 斜孔塔盤的介紹 2 1.4 DN1100斜孔式精餾塔的介紹 2 2塔體結構設計 2 2.1塔體設計內容 3 2.1.1設計數(shù)據(jù) 3 2.1.2塔體結構圖 3 2.2 材料型號的選擇確定 4 2.3塔體、封頭壁厚計算及確定 4 2.3.1塔體厚度的計算 4 2.3.2封頭厚度計算 5 2.4塔設備質量載荷計算 5 2.4.1塔體總質量計算 5 2.4.2風載荷與風彎矩計算 6 2.4.3地震彎矩計算 7 2.4.4最大彎矩 8 3塔體的強度校核 10 3.1.塔體的強度及軸向穩(wěn)定性校核 10 3.1.1塔體危險截面軸向應力計算 10 3.1.2塔體危險截面強度及軸向穩(wěn)定性校核 10 3.2裙座的強度及穩(wěn)定性計算與核驗 10 3.2.1裙座底部危險截面軸向應力計算： 11 3.2.2裙座維修檢查孔洞截面的強度計算與校核 11 3.2.3裙座底部焊縫強度的計算與校核 12 3.3水壓試驗時塔體的強度計算和穩(wěn)定性核驗 12 3.3.1水壓試驗時塔體截面的強度校核與計算 12 3.3.2水壓試驗時裙座底部截面的強度和軸向穩(wěn)定性校核 12 4 基礎環(huán)板與開孔設計 13 4.1基礎環(huán)板設計 13 4.1.1基礎環(huán)板內外徑的確定 13 4.1.2混泥土強度校核 13 4.1.3基礎環(huán)板厚度設計 13 4.1.4地腳螺栓的設計與數(shù)據(jù)計算 14 4.1.5筋板的設計與計算 15 4.1.6蓋板的設計和計算 16 4.2開孔及開孔補強的計算與核驗 16 4.2.1甲苯進口N02開孔及開孔補強 16 4.2.2苯進口N04開孔及開孔補強 18 4.2.3甲苯出口N08開孔及開孔補強 19 4.2.4人孔開孔及其開孔補強 21 5 精餾塔輔助裝置的介紹與選擇 23 5.1管殼式換熱器的介紹與選擇 23 5.2冷凝器 24 5.3再沸器的介紹與選擇 24 5.4塔釜隔板的介紹與選擇 25 5.5加熱蒸汽鼓泡管 26 5.6接管結構的選擇 26 5.7溢流裝置的介紹以及安裝方式選擇 26 6 塔設備的制造、安裝及運輸 28 6.1制造，組裝與安裝 28 6.2焊接及其特點與熱處理 29 6.3塔器的腐蝕與防腐措施 29 參考文獻 30 致謝 31 附錄 33 1概 述 1.1塔設備的簡介 塔設備是化工，石油化工和煉油等生產中最重要的設備之一。它可使氣液兩相之間進行緊密接觸，從而達到傳質傳熱的效果。精餾和萃取是塔設備完成的最為常見的操作。塔設備還可以對氣體進行清洗，干燥與冷卻回收。 塔設備主要是分為了板式塔與填料塔兩大類。顧名思義,板式塔內會裝有一定數(shù)量的塔板，兩相的組分濃度沿塔高呈階梯式變化。板式塔種類繁多，各種塔種都有各自的優(yōu)缺點，因而所作為的比較都有一定的相對性。而且，近年來有人認為，不管塔盤構造如何，只要在最適合的條件下即可以達到良好的操作，從而否認了在塔盤結構上下大功夫的必要性。但是，事實上，塔盤的結構會影響流體力學狀態(tài)和傳質性能，故而對它的研究是十分必要的。對塔型的評價具體可以分為以下幾個方面比較：生產能力，塔板效率，操作彈性，氣體通過塔盤的壓力降，造價，操作是否方便等。通過一些簡單的對比，浮閥塔盤在效率與價格等方面都比泡罩塔強，所以應用廣泛。篩板塔造價低廉，壓力降小，除操作彈性較差外，其他性能接近浮閥塔盤，這是篩板塔盤今年來使用廣泛的原因。 1.2 精餾塔的簡介 精餾塔是進行精餾的一種塔式汽液接觸裝置。利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，通過加熱使沸點較低的組分蒸發(fā)來實現(xiàn)分離的目的。精餾塔是一種應用極為廣泛的傳質傳熱裝置。 精餾塔主要類型有：板式塔與填料塔。連續(xù)精餾和間接性精餾是其兩種不同的操作方式。 塔盤等于塔板，是板式塔氣液兩相接觸傳質的部位，也是板式精餾塔的核心位置，其形式多種多樣，包括：泡罩塔盤，浮閥塔盤，篩孔塔盤，舌型塔盤，斜孔塔盤，網(wǎng)孔塔盤，導向浮閥型塔盤，穿流型塔盤，旋流型塔盤以及其他塔盤。工業(yè)發(fā)展迅速，為了實現(xiàn)工業(yè)要求，所以陸續(xù)改造出各種新塔型，正是如此才衍生出這么多種塔盤。本次設計是斜孔塔盤，所以只會介紹有關斜孔塔盤的知識。決定塔的操作性能主要由三大部分組成：氣體通道，溢流堰，降液管。 1.3 斜孔塔盤的介紹 斜孔塔盤是屬于噴射型塔盤，近似于篩孔塔板，流動狀態(tài)比篩孔塔板合理，性能比篩孔塔板優(yōu)越。不過也有類似篩孔塔板一定的缺點，如有設計方法和使用計較不正確，容易被誤會為彈性小，不好操作而得不到重視。其與浮閥相比，彈性不如浮閥，但處理量大大超過浮閥。 斜孔塔盤上沖有一定形狀的斜孔，斜孔開口方向與液留方向垂直，相鄰兩排斜孔的開口方向相反，避免了氣液并流所造成的液留不斷加速和某些塔盤的氣流對吹現(xiàn)象，因而液層均勻，霧沫夾帶量小，塔板效率有所提高。但因為斜孔塔盤的開孔是固定的，因此，操作彈性比浮閥塔盤小。 斜孔：目前工業(yè)上采用的是K型斜孔，除前端開口外，兩側也開口，孔的周邊向里彎曲。斜孔的尺寸，可根據(jù)具體情況而變化，而且也可以通過改變斜孔開口高度來改變斜孔的開口面積。通常的開口長度為18mm，開口高度為4-6mm。開孔面積可根據(jù)開口的幾何尺寸來計算。 斜孔塔盤在正常操作時，斜孔開口的氣體動能因數(shù)可取12-15，當要求較大的操作彈性時，可選取較高的動能因素，此外相應的塔板阻力及霧沫夾帶也有所增加。確定了開口除的氣體動能因數(shù)，就可以算出相應的氣體孔速和塔板開孔率。 1.4 DN1100斜孔式精餾塔的介紹 斜孔孔式精餾塔是屬于板式塔的一種，其所使用的塔盤是斜孔塔盤。斜孔塔誕生的時間是比較晚，但隨著工業(yè)水平的發(fā)展，科學家們通過對結合篩板塔，浮閥塔的優(yōu)點進行改造得到的現(xiàn)在的斜孔式塔盤，由于結構簡單，工作效率高的斜孔塔盤得到工業(yè)上的重視，又通過大量的實驗研究以及工業(yè)上的實踐，人們對斜孔塔盤有了更加全面的認識與了解，同時也對斜孔塔的技術有了質變的提升，所以現(xiàn)在的斜孔塔盤技術趨于成熟，從此之后，斜孔塔便得到了廣泛的應用與發(fā)展。斜孔式精餾塔有其獨有的優(yōu)勢，造價低廉，壓力降小，效率高，霧沫夾帶量小，所以目前在精餾塔里面是應用非常廣泛的，本次設計就是斜孔式篩板塔對甲苯，苯混合溶液的精餾，具體設計見下文。 2塔體結構設計 2.1塔體設計內容 2.1.1設計數(shù)據(jù) 表1 設計參數(shù) 設計壓力MPa 0.35 介質 笨，甲苯 設計溫度 ℃ 115 介質特性 易燃 中度危害 腐蝕余量mm 4 壓力容器類別 一類（D1） 水壓試驗壓力 0.6 地震基本烈度 8（0.1g） 設計風壓N/㎡ 400 地震分組 第一組 焊接接頭系數(shù) 0.75 場土地類別 Ⅱ 殼體材料 16MnR 場地土粗糙類別 B 裙座材料 組合件 保溫層材料與厚度mm 巖棉/90 塔高 23m 塔內徑 1100mm 2.1.2塔體結構圖 圖一 板式塔結構 圖2 塔體分段示意圖 2.2 材料型號的選擇確定 塔體與裙座材料選用Q345R，其中 塔板材料選用Q235·B，塔體與裙座對接焊接，塔體焊接頭焊接系數(shù) 2.3塔體、封頭壁厚計算及確定 2.3.1塔體厚度的計算 根據(jù)剛度和強度的嚴格要求，確定塔體厚度最小極限值 考慮到腐蝕余量C=4mm，經圓整，取 塔體厚度： 2.3.2封頭厚度計算 采用的是標準橢圓形封頭 考慮到腐蝕余量C=4mm，經圓整，取 封頭厚度： 2.4塔設備質量載荷計算 2.4.1塔體總質量計算 ①、裙座質量 =5*330+24*330+2*180=9930kg ②、人孔、法蘭、接孔等附件質量 =0.2M01=0.2*9930=1986kg ③、內構件質量 =P/4*1.3*1.3*54*65=4660kg ④、保溫層質量 =p/4*（1.504*1.504-1.324*1.324）*30*799=4639kg ⑤、平臺，扶梯質量 =400*5+40*30=3200kg 說明：平臺數(shù)量n=30，扶梯使用籠式扶梯，單位質量為40kg/m，平臺共有五層，每層400kg， ⑥、操作時物料質量 ⑦、充水質量 ⑧、整個塔器的操作質量 M0=M01+M02+M03+M04+M05+Ma=28141kg ⑨、全塔最大極限質量 57595kg ⑩、全塔最小極限質量 2.4.2風載荷與風彎矩計算 風載荷， 式中 K1=0.7，塔高23M，Di=1100mm時，取k2=1.6； 當?shù)仫L壓， 把塔按高度來分成三部分： 0~8米 部分：L1=8-0=8m，f1=1.00 8~16米 部分：L2=16-8=8m，f2=1.24 16~23米 部分：L3=23-16=7m，f3=1.44 塔體外殼有效直徑：樓梯外加寬度取380mm 根據(jù)每部分的平均值取值 =1109+2×100+380+580=2269mm. 塔體每一部分的風力： 0~8米：0.7×1.6×380×1.00×8×2.524=8593.7N， 8~16米：0.7×1.6×380×1.24×8×2.524=10656N， 16~23米：1.6×1.44×380×0.7×7×2.524=10828N。 = =0.5*8593.7*2500+10656*10000+10828*20000=333861250 N.mm 裙座的維修檢查孔處的彎矩應力計算（大約離地面0.6米）： =0.92*8593*4700+10656*14200+10828*24200= 450508932 N.mm 裙座的底部彎矩應力計算： 式中 L1表示裙底底座到標高處的高度8m，則L1=8-0=8m。 =0.7*1.6*380*1*8*2.524=9130N. 8593*5000+10656*15000+10828*25000=473505000 N.mm 2.4.3地震彎矩計算 表2場地土的特性周期： 設計場地 場土地類型 分組 一 二 三 四 第一組 0.25 0.35 0.45 0.55 第二組 0.30 0.40 0.50 0.60 第三組 0.35 0.45 0.55 0.65 表3地震影響系數(shù)的最大值： 設防度 7 8 9 最大值 0.1 0.2 0.3 所以，=0.08， =0.35， 地震力計算： M表示塔每一米的質量，m=800kg/m；H—塔高=23m。 I—塔截面的形心軸慣性矩，=0.022 T1 = =0.916s 所以， ； 地震彎矩計算： =52362N.m= =549280.74N = =41923.7N*m = 1.25*5.49*=6.86*N.mm 1.25*5.23*=6.537*N.mm 1.25*4.19*=5.237*N.mm 2.4.4最大彎矩 * 故 3塔體的強度校核 3.1.塔體的強度及軸向穩(wěn)定性校核 3.1.1塔體危險截面軸向應力計算 3.1.2塔體危險截面強度及軸向穩(wěn)定性校核 ； 系數(shù)k=1.3. 所以滿足條件。 ⑶塔體危險截面抗拉強度計算與核驗： 根據(jù)計算結果可知各系數(shù)滿足整個塔體的強度、剛度及穩(wěn)定性要求。 3.2裙座的強度及穩(wěn)定性計算與核驗 內徑厚度厚度附加量，則裙座的實際有效厚度為 3.2.1裙座底部危險截面軸向應力計算： 操作時全塔質量引起的壓應力 風載荷引起的彎曲應力： 抗壓強度及軸向穩(wěn)定性驗算： 式中 系數(shù) 根據(jù)計算結果可知各系數(shù)滿足整個塔體的強度、剛度及穩(wěn)定性要求。 3.2.2裙座維修檢查孔洞截面的強度計算與校核 裙座維修檢查孔洞截面的軸向應力計算. 壓強度及軸向穩(wěn)定性驗算： 根據(jù)計算結果可知各系數(shù)滿足整個塔體的強度、剛度及穩(wěn)定性要求。 3.2.3裙座底部焊縫強度的計算與校核 因為此塔裙座與塔體采用對接焊，焊縫的組合拉應力為： 3.3水壓試驗時塔體的強度計算和穩(wěn)定性核驗 3.3.1水壓試驗時塔體截面的強度校核與計算 按式校核式中 --直立進行水壓試驗時的水壓試驗壓力，--液體靜壓力，塔高為23m，扣除裙座高度4m，水壓測試時，塔內實際液體高度為19m，故取。 ∵ 故滿足水壓試驗強度要求。 3.3.2水壓試驗時裙座底部截面的強度和軸向穩(wěn)定性校核 ，故水壓試驗時裙座底部0-0截面滿足穩(wěn)定性要求。 4 基礎環(huán)板與開孔設計 4.1基礎環(huán)板設計 4.1.1基礎環(huán)板內外徑的確定 外徑 內徑 4.1.2混泥土強度校核 正常操作時： 經計算，滿足強度要求。 4.1.3基礎環(huán)板厚度設計 由于塔屬于高型塔，塔底裙座采用的鋼筋結構，基礎環(huán)板采用10均布的地腳螺栓固定，取筋板厚度為，則基礎環(huán)上筋板間的距離為： 筋板內側距離為： 相鄰筋板間最大外側距離為： 查表可知 ， 基礎環(huán)板采用Q235鋼，其厚度可以計算： 考慮腐蝕余量，取故取基礎環(huán)板。 4.1.4地腳螺栓的設計與數(shù)據(jù)計算 塔設備作用在迎風面?zhèn)然A上的最小應力根據(jù) 故取 由于設備有可能傾倒，必須采用地腳螺栓予以固定。選用地腳螺栓的材料為16MnR,該材料的許用應力為148MPa，取腐蝕余量為4mm，則地腳螺栓的根徑： 基礎環(huán)面積 表4 地腳螺栓公稱直徑： 根徑/mm 20.75 26.21 31.67 37.12 42.58 50.04 公稱直徑 M24 M30 M36 M42 M48 M56 根據(jù)表格標準，選用M56的地腳螺栓14個。 4.1.5筋板的設計與計算 地腳螺栓的筋板的個數(shù)為：=3 筋板厚度 筋板寬度 筋板長度 一個地腳螺栓所承受的最大拉力為： 因為 所以，筋板的臨界許用壓應力： 筋板的壓應力 根據(jù)計算可以得知選擇的筋板合格。 4.1.6蓋板的設計和計算 蓋板寬度 蓋板間距墊板寬度 地腳螺栓孔直徑地腳螺栓孔直徑 蓋板厚度 墊板厚度 環(huán)形蓋板的最大應力的計算如下： 根據(jù)計算結果可以得知選用的蓋板和墊板合格。 4.2開孔及開孔補強的計算與核驗 表5不另行補強的接管最小厚度mm 接管公稱外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89 最小厚度 3.5 4.0 5.0 6.0 4.2.1甲苯進口N02開孔及開孔補強 1）補強及補強方法判別 （1）補強判別：因本開孔外徑故需另行補強。 （2）補強計算方法 殼體開孔直徑d=394mm 滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故用等面積法進行開孔補強計算。 2）開孔所需補強面積 （1）殼體計算厚度：考慮風載荷對塔體的影響，取 （2）強度削弱系數(shù) （3）接管有效厚度 開孔所需補強面積為： 3）有效補強范圍： 有效寬度B： （2）有效高度: 外側有效高度： 取小值，故 內側有效高度：取小值，故 4）有效補強面積：筒體多余金屬面積： （1）接管多余金屬面積： 接管計算厚度 （2）接管區(qū)焊縫面積（焊腳為9mm）： （3）有效補強面積：s ∵ 故需另行補強。 （4）所需另行補強面積： 擬采用補強圈補強。 5）補強圈設計：根據(jù)接管公稱直徑選補強圈，參照補強圈標準取補強圈外徑內徑因補強圈在有效范圍內。 考慮鋼板負偏差量并經圓整，取補強圈名義厚度。 4.2.2苯進口N04開孔及開孔補強 1）補強及補強方法判別 （1）補強判別：因本開孔外徑，故需另行考慮補強。 （2）補強計算方法判別：開孔直徑 本凸形封頭開孔直徑滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故用等面積法進行開孔補強計算。 2）開孔所需補強面積 （1）封頭計算厚度 （2）開孔所需補強面積 3）有效補強范圍： 有效寬度：B, （1）有效高度： 外側有效高度：，取小值，故 內側有效高度：，取小值，故 （2）有效補強面積： （3）筒體多余金屬面積： （4）接管多余金屬面積： （5）接管區(qū)焊縫面積（焊腳取8mm）： （6）有效補強面積： 故需另行補強 4）所需另行補強面積：擬用補強圈設計。 5）補強圈設計 根據(jù)接管公稱直徑DN250選補強圈，參照補強圈標準，取補強圈外徑內徑。因，補強圈在有效范圍內。 經圓整取補強圈名義厚度， 4.2.3甲苯出口N08開孔及開孔補強 1）補強及補強方法判別 （1）補強判別：因本開孔外徑，故需另行考慮補強。 （2）補強方法判別：開孔直徑： 本凸形封頭開孔直徑。滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。 2）開孔所需補強面積 （1）封頭計算厚度： （2）強度削弱系數(shù)：， 3）有效補強范圍 有效寬度： 有效高度： 外側有效高度： 取小值，故 內側有效高度： 取小值，故 4）有效補強面積 （1）筒體多余金屬面積： （2）接管多余金屬面積： 接管計算厚度： （3）接管區(qū)焊縫面積（焊腳為9）： （4）有效補強面積： 故需另行補強。 5）所需另行補強面積： 擬采用補強圈補強。 6）補強圈設計 根據(jù)接管公稱直徑選補強圈，參照補強圈標準取補強圈外徑，內徑。因，補強圈在有效范圍內。 經圓整，取補強圈名義厚度為： 4.2.4人孔開孔及其開孔補強 1）補強及補強方法判別 （2）補強判別：因本開孔外徑，故需另行考慮補強。 （3）補強計算方法判別 開孔直徑： 本筒體開孔直徑滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故用等面積法進行開孔補強計算。 2）開孔所需補強面積： 筒體計算厚度：，強度削弱系數(shù)： 開孔所需補強面積： 3）有效補強范圍 （1）有效寬度：B 取大值，故 （2）有效高度： 外側有效高度：，取小值，故 內側有效高度：，取小值，故。 4）有效補強面積 （1）筒體多余金屬面積： （2）接管多余金屬面積： （3）接管區(qū)焊縫面積（焊腳位9mm）： （4）有效補強面積： 故需另行補強。 5）所需另行補強面積：擬用補強圈補強。 6）補強圈設計： 根據(jù)接管公稱直徑選補強圈，參照補強圈標準取補強圈外徑。因.補強圈在有效范圍內。 補強圈厚度為： 圓整取。 5精餾塔輔助裝置的介紹與選擇 精餾裝置的主要附屬設備包括管殼式換熱器、冷凝器、再沸器、塔釜隔板，以及塔對外的連接管路、泵和高位槽。這些方面的選型設計要運用流體力學和傳熱學的基本知識來解決。 5.1管殼式換熱器的介紹與選擇 換熱設備是進行各種熱量交換的設備，在斜孔式精餾塔中是必不可少的。根據(jù)換熱目的可分為加熱器，冷卻器，冷凝器及再沸器，根據(jù)使用條件的不同，其又有多種形式與結構。按照傳熱方式的不同，換熱器可分為：混合換熱器和蓄熱換熱器。蓄熱換熱器是熱量傳遞通過格子磚或填料等蓄熱體內完成的換熱器。 管殼式換熱器，又稱為列管式換熱器。憑借它堅固的結構，耐高溫，高壓的性能，成熟的制造工藝，較強的工藝適應性及選材范圍廣等優(yōu)點，使其在工程所用換熱設備中占據(jù)主導地位。間壁式換熱器是目前工業(yè)上應用最廣泛的一種換熱器。 管殼式換熱器屬于間壁式換熱器的一種。由于管束和管體結構的不同，管殼式換熱器又可以分為固定管板式，浮頭式，填料函式，U型管式與薄管板式。 固定板式換熱器的結構緊湊簡單，管板薄，造價低，優(yōu)勢非常的明顯，但缺點也很致命，就是這種換熱器的管束和管間很難進行清洗，所以在選用時需慎重。 浮頭式換熱器，這個換熱器結構有點特殊，它一端管板是固定的，另一端呢，則可以在這個殼體內自由移動，所以管殼與管壁之間不會產生溫差應力，并且這個管束可以隨時的抽出。所以對于清洗工作是非常的方便。但是這種換熱器的結構非常非常的復雜。他對于金屬的使用消耗量是很巨大的，所以成本以及制造難度也是非常的大。如果浮頭的地方不小心發(fā)生了內漏，檢查工作也是相對復雜的。因為他都是一些死角，不便于檢查。如果是管束與殼體之間的間隙太大的話，還會影響傳熱，從而降低效率。并且浮頭式換熱器的使用場合也比較單一，它僅僅適用于管殼溫差較大，和介質容易產生污垢的地方。 填料函式換熱器，這一種換熱器的結構也有點特殊，它管束的一端發(fā)生可以自由膨脹。而且制造材料要更加的簡單，所以成本要比浮頭式換熱器要便宜許多。它的優(yōu)點也很明顯，就是檢修、清洗起來非常的方便與容易。填函處如果發(fā)生了泄漏，能夠很明顯的發(fā)現(xiàn)。但是如果殼程那里有介質發(fā)生外漏的情況，殼程中將不宜處理這一問題。并且呢，這一種換熱器他不能夠處理容易揮發(fā)的物質，容易著火的物質也處理不了，容易爆炸和有毒的，那更加難處理了。 U型管式換熱器,這一種換熱器，U型管的結構相對而言還是比較的簡單，因為它只由一個管板構成。但是呢，他的管程必須得要有兩層。管束的清洗工作也是非常的方便的，因為它可以隨時從里面取出來進行清洗。并且管子，具有一定的柔性，它可以自由地發(fā)生膨脹。但是缺點也是存在的，那就是管子的內部不好怎么去清洗，因為這個管子他的層數(shù)比較多，所以清潔起來會比較麻煩，并且管板上布置的管子比較少，管內結構不是很緊湊，有點松垮。管外的介質很容易就會發(fā)生短路的情況，這樣會很容易影響到傳熱的效果。并且它內層的的管子比較多，如果發(fā)生損壞的情況，更換起來將會非常的困難。 當殼程介質是氣-液兩相流體時，需要為蒸汽留有適量的空間，帶蒸發(fā)空間的臥式換熱器就是為考慮這種具有傳熱和蒸發(fā)的雙重工作狀態(tài)而設計的，這種臥式換熱器是在殼體的上部設置一定的蒸發(fā)空間，同時兼做蒸汽室用。蒸汽室的尺寸由蒸汽性質和蒸發(fā)速度決定，液面的最低高度應比加熱管管束的最上部高出約50毫米，加熱管束可制成浮頭式，U形管式和管殼式。該種換熱器適用于壓力高且建制較污濁的工況清晰，管件及維修都比較方便 根據(jù)各種換熱器的優(yōu)缺點來分析，對于甲苯-苯溶液的蒸餾，我會選擇使用U形管束帶蒸發(fā)空間的臥式換熱器，由于該種換熱器結構簡單，造價低廉，方便清洗與維修，所以非常適合于我設計的斜孔式精餾塔。 5.2冷凝器 冷凝器的作用是使蒸發(fā)上來的氣體溫度降至沸點以下，以至于蒸汽能變化成液態(tài)來進行物料的回收。冷凝器往往是管裝式的，并且有足夠大的空間來容納吸收進來的氣體，氣體經過降溫冷卻之后液化變?yōu)橐后w來實現(xiàn)回收。 冷凝器是這個斜孔式精餾塔中必須安裝的設備之一。因為冷凝器的作用非常的強大，它能使蒸汽快速液化，從而進行回收。冷凝器的效果越好，蒸餾的工作效率就會越高。提取出來的物料純度也就會越高。所以我們選擇冷凝器的時候，不僅要考慮其安裝的位置，還要選擇品質精良的冷凝器，一勞永逸豈不美哉！ 冷凝器是非常容易被腐蝕的器械之一，所以在安裝之后一定加強防腐工作，防腐工作做的好，可以提高冷凝器的使用壽命，還能大大降低我們的投資成本。 冷凝器安裝位置可分為：整體式、自流式和強制循環(huán)式。 根據(jù)我設計的斜孔式精餾塔的特性，我會選擇強制循環(huán)式的安裝方式來進行冷凝器的安裝，這樣不僅能夠有效的降低蒸汽的溫度，能有效的收集液化的氣體，提高工作效率。更便于日后的維修維護，清洗工作以及冷凝器的更換。 5.3再沸器的介紹與選擇 再沸器的大小，取決于處理能力，操作條件（回流比于加料情況）以及操作方式（間歇或連續(xù)）等因素。間歇操作的再沸器比連續(xù)操作的大，冷液進料比飽和蒸汽進料的大。對于小型的塔，再沸器可直接安裝在塔底，裝在塔底部的再沸器的橫截面要比塔體的橫截面大。對于不易起泡沫的液體，釜中裝液為80%，對于易起泡沫的液體，釜中裝液不超過65%，為了避免帶液過多，釜中液面至最低塔版的距離至少在0.5到0.7米以上。對于較大型的塔，再沸器一般安裝在塔外，考慮到傳熱面積是決定塔彈性負荷的主要因素之一，所以設計再沸器的傳熱面積時，必須采用合適的傳熱系數(shù)。 由于本次設計的精餾塔屬于大型的塔器，我會采用立式的再沸器，并將其安裝在塔外，以便于效率最大化，安裝維修最簡化。 5.4塔釜隔板的介紹與選擇 精餾塔采用熱虹吸熱式再沸器，他依靠液體在再沸器內部分氣化后形成的，密度小于塔釜熱液的氣-液混合物，利用這一密度差產生的產生的靜壓差，使液體自動地從塔底流入再沸器，加熱后變成氣-液混合物，然后再返回塔釜。為了使這種再沸器能穩(wěn)定工作，必須使釜底內溶液層高度維持恒定，因此宜在塔釜設置垂直隔板。 釜底隔板分為：部分循環(huán)式塔釜隔板，直流式塔釜隔板，平衡式塔釜隔板三大類。 部分循環(huán)式塔釜隔板：優(yōu)點在于允許采出側液面波動，因為它只起緩沖作用而不影響重沸器工況，塔釜重沸器來的液相僅有一部分是循環(huán)的，另一部分溢流至采出測是不循環(huán)的。故而分離效率較高，當釜液組分的沸點差較大時，進重沸器料液的溫度，會稍低與采出測的釜液溫度。這種結構的的缺點是重沸器側構成封閉循環(huán)，當物料中有固體生成時，重沸器側易沉淀固體，造成重沸器堵塞。該結構要求最底層塔盤的降液板和隔板之間有一定的靜液封高度，常取400mm，隔板上緣至塔板的距離不小于塔板間距Ht。隔板的其他尺寸可從方便檢修的角度選取。 直流式塔釜隔板：直流式塔釜隔板構成了一次通過型的熱虹吸回路，它的優(yōu)點是物料在回路中的停留時間最短，使用于熱敏性物料或釜底組分沸點差較大的系統(tǒng)，也常用與物料易結焦的場合，然而它的操作穩(wěn)定性較差。應用于物料容易自聚，結構的場合，以便取出清洗。 平衡式塔釜隔板：特點是去再沸器的物料于釜底不相結合，但在隔板下部開有平衡孔，它保證了去再沸器液體的最低液位，既保證了熱虹所需的最少推動力，從而可使操作穩(wěn)定。 本次斜孔式精餾塔我選擇使用直流式塔釜隔板，結合直流式塔釜隔板的優(yōu)點，更加適合甲苯與苯溶液的精餾。 5.5加熱蒸汽鼓泡管 進料釜采用直接蒸汽加熱時，加熱蒸汽鼓泡管殼要依據(jù)下列數(shù)據(jù)進行設計：鼓泡管上吹氣孔的孔徑通常為5-10毫米，各孔中心相距5-10倍孔徑。吹氣孔一般排列在鼓泡管的下方和側方。全部吹氣孔的總截面面積為鼓泡管截面積的1.25-1.5倍。 5.6接管結構的選擇 進料管：當塔直徑大于800毫米時，人可以直接進入塔內進行維修工作，且在物料清凈不易聚合的情況下，我們通常會使用結構較為簡單的進料管。如果塔直徑小于800毫米，人不方便進入塔內進行維修工作，為了能方便檢修，進料管應采用帶外套管的可拆結構。如果發(fā)生問題的時候，就可以拆下來進行維修，不會耽誤塔的正常工作。我設計的斜孔式精餾塔的設計直徑是1100毫米，大于800毫米，所以我們在選擇進料管的時候可以選擇那種結構簡單的進料管，這樣即方便出現(xiàn)問題是維護，也可以減少更換管道的難度。 出料管：當塔支座直徑小于800毫米是，塔底出料管應選擇結構簡單的管子，這種管子內部有彎管段和法蘭短節(jié)，法蘭短節(jié)旁邊的管壁就是原管壁，不需要再修改。當塔支座的直徑大于800毫米時，出料管要采用結構較為復雜的出料管，該出料管也是有彎管段和法蘭短節(jié)，但是管壁上必須在添加一小截段管來包住這根出料管，而且在出料管上要焊接三塊支撐扇鋼，以便講出料管安裝在引出管通道里。為了方便安裝出料管，出料管外形的尺寸有嚴格的要求，必須要小于支座內徑尺寸，引出管道直徑應大于出料管法蘭的外徑。我設計的斜孔式精餾塔塔直徑是1100毫米，屬于第二種類型，所以選擇的出料管結構比較復雜，如果出現(xiàn)問題時，維修起來可能會相對麻煩一點。 進氣管：但氣體分布要求不高時，用簡單結構式的進氣管即可，當塔徑較大，進氣要求均勻的時候，必須使用復雜型的進器管，該進氣管上要開有三個排出氣的小孔。管徑及小孔直徑和數(shù)量，由工藝條件來決定。當蒸汽是直接加熱釜液時，蒸汽會進入管安裝在液面以下，管小孔是朝下方或斜下方，而一般的進氣管應該安裝在液面以上，小孔朝向上方或者是斜上方。 5.7溢流裝置的介紹以及安裝方式選擇 塔板上的溢流裝置包括降液管，溢流堰，受液盤等部件。 降液管是塔板間液體流動的通道，也是溢流液中夾帶的氣體得以分離的場所。降液管分為圓形與弓形兩種。由于本次設計的斜孔精餾塔屬于大型塔，液體負荷偏大，所以采取弓形方式。此外，弓形降液管有兩種形式。一種是把弓形降液管固定在塔板上，但是這種方式不適合我這種大型的精餾塔，而另一種是堰與壁之間全部區(qū)域都作為降液空間，這種方式對于本次設計的精餾塔就最為事宜，這不僅可以提高塔板的利用率，還方便制造與焊接。 溢流堰的作用是維持板上有一定的液層，并使液流均勻。 受液盤以及入口堰，受液盤有凹形和平形兩中形式。不同型式的受液盤對液相抽出，降液管的液封與液體流入塔板的均勻性是有影響的。由于本次設計的精餾塔直徑長達1100毫米，所以我會選擇凹形受液盤，原因如下：凹形受液盤便于液體的側線抽出，在液流量較低時仍可形成良好的液封，對改變液體流向有緩沖作用。 6 塔設備的制造、安裝及運輸 塔設備的制造必須根據(jù)國家制定的規(guī)定來進行制作，不能隨意而行，否則很容易出現(xiàn)安全事故，后果將不堪設想，制造中必須根據(jù)兩大原則：第一個是對材料的檢驗，第二個是要考慮材料的性質，在加工過程中材料受熱或受冷會發(fā)生的變形。如果鋼板中簡層彎曲半徑大于鋼板厚度越二十二的時候，我們應該采取冷彎，如果彎曲半徑小于等于鋼板厚度二十的時候，彎卷前必須得進行加熱處理。 6.1制造，組裝與安裝 至于筒體同一斷面中最大內徑與最小內徑之差，即不圓度的要求。僅對大直徑薄壁圓筒較難得到。對于外加和真空容器。他的幾何形狀不是正圓筒體時。其在載荷不對稱。會由此引起附加的彎曲應力。顯然，幾何形狀越不準確，受力的不對稱程度越大。因此，穩(wěn)定系數(shù)也應取得越大。外壓及真空容器，由于客體的不圓度將引起附加應力。故對不圓度的要求比受內壓的容器嚴格。對于大型設備弱受運輸條件的限制，可分段分片制作。 制造的方法也是分為兩種，一種是分段制造，一種是整體制造。如果是大型塔，我們最好使用分段制造，盡管分段制造在組裝時有會一定的安全隱患，而且在長途運輸過程中，要求有良好的包裝否則會引起塔內件松動或變形，但其優(yōu)勢是方便運輸，對于整體制造的話，運輸這一塊是一個大麻煩，塔越小越好運輸，但是整體制造的話，它僅適用于小型的塔，對于大型塔設備，我們盡量采取分段制造。而且如果是整體制造大型塔，拋除運輸這一塊的話，我們在吊裝的時候也是非常困難的。因為起吊機很難滿足大型塔的起吊過程。對于我制造的斜孔式精餾塔，塔高有23米，塔內徑有1100毫米，屬于比較偏大的塔設備了，所以我只能采用分段制造。在組裝和吊裝的時候，必須要考慮安全性，以及準確性，保證塔能正確組裝完成，并在安裝過程中不能出現(xiàn)任何安全事故。 塔設備的安裝針對制造時的兩種情況，如果是分段制造，可將分段制造的塔設備分段零部件，運輸至施工區(qū)進行組裝。如果是針對整體制造的塔設備，可用大型汽車托運，把設備拖至施工后，直接用起吊機進行起吊安裝。 6.2焊接及其特點與熱處理 焊接方式的選擇有以下三種：1：碳素鋼的焊接2：低合金鋼的焊接3：異種鋼的焊接。在日常生活中，焊接往往有兩種型式，一種是點焊，第二種是馬焊。點焊呢，顧名思義就是，對焊縫進行一點一點的焊，每個焊點之間保持一定的距離。而馬焊就是把整一個面全部焊滿。具體要使用哪一種方法，要根據(jù)實際情況來抉擇。在焊接的時候，可能會出現(xiàn)炸旱或者燒焊的情況，面對這種情況，我們一定要及時處理。對于一些焊接技術不是很好的工人來說，焊接的時候還會出現(xiàn)假焊的情況，焊縫從表面上看上去是很的完美，但實際上所焊的點并沒有與母體相融合，從而造成了這一種假象。如果，我們在焊接的時候出現(xiàn)以上三種情況。我們一定要用鐵塊把汗渣給敲掉，然后重新進行焊接。每一次焊完之后，一定要檢查焊縫的質量，一定要保證焊液與母體完全的融合在一起，本來把多余的焊渣給剔除掉，保證焊縫的美觀。 6.3塔器的腐蝕與防腐措施 腐蝕是影響塔器設備及其構建使用壽命的關鍵因素之一，在整個化工行業(yè)中，大約有百分之66的設備失效都與腐蝕有關聯(lián)。 金屬是制造設備最主要的材料，由于其長時間的與強烈腐蝕介質以及各種酸，堿，鹽，有機溶劑和腐蝕性氣體等接觸而發(fā)生腐蝕，因此對材料的要求必須具備較好的耐腐蝕性，從而降低不必要的成本。腐蝕還可以對原料和成品造成巨大損失，不僅會影響產品的質量，還會污染環(huán)境，危害人體的健康；腐蝕還可以引發(fā)設備發(fā)生爆炸，使設備遭到破壞而影響生產，造成巨大的經濟損失甚至危機人的生命安全。所以使用正確的材料以及采用合理的防腐措施是非常有必要的，這對于化學工業(yè)的發(fā)展有著非常巨大的意義。腐蝕問題我們必須嚴格地重視，因為腐蝕帶來的危害實在是太大了，他不僅僅會降低設備的壽命，甚至還可能會帶來一定的危險。尤其是鐵鋼制設備，被腐蝕之后，不僅維修起來特別的麻煩，如果是要更換，那樣所需的成本不可想象。所以我們必須加以重視。我們不僅僅可以采用耐腐蝕性強的材料，還可以采取一定的保護措施。從而，延長設備的使用壽命，以及提高設備的工作效率，降低我們的投入成本。如果有腐蝕的情況發(fā)生，一定要進行及時的處理，否則會帶來不可想象的危險。影響生產是小事，但如果是威脅到人身安全那將會追悔莫及呀。 防腐措施通常有三大類：襯覆保護層，電化學保護，添加緩蝕劑。其中第一個措施運用的最為廣泛，尤其實是應用在化工設備當中。 48 參考文獻 [1] 路秀林，王者相.塔設備［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2004 [2] 金國淼.除塵設備［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2002 [3] 李志義，喻健良，劉志軍.工程機械［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2008 [4] 陳炳和，許寧.化學反應過程與設備［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2014 [5] 朱有庭.化工設備設計手冊［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2005 [6] 朱振華，邵澤波.過程裝備制造技術［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2011 [7] 華南理工大學化工原理教研組.化工過程及設備設計［Ｍ］.廣州：華南理工大學出版社，1986 [8] 趙惠清，蔡紀寧.化工制圖［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2015 [9] 譚蔚.化工設備設計基礎［Ｍ］.天津：天津大學出版社，2014 [10] 李群松.化工容器及設備［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2017 [11] 工程材料實用手冊編輯委員會.工程材料實用手冊［Ｍ］.北京：中國標準出版社，2002 [12] 王瑤，張曉冬.化工單元過程及設備課程設計［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2017 [13]Tdaakai Shimizu, Masato Satoh. 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