自控工程課程設(shè)計(jì)---初溜塔設(shè)計(jì)

1、<p>　　目 錄第1章 設(shè)計(jì)概述及設(shè)計(jì)背景1</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)概述1</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)背景1</p><p>　　第2章 主要結(jié)構(gòu)及基本組成2</p><p>　　2.1 主要結(jié)構(gòu)2</p><p>　　2.2 基本組成2</p><p>

2、;　　第3章 初溜塔構(gòu)造的設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.1 塔高確定3</p><p>　　3.2 塔盤選型與設(shè)計(jì)4</p><p><b>　　3.3 主圖4</b></p><p>　　第4章 材料選擇和厚度計(jì)算5</p><p>　　4.1 材料的選擇5</p>

3、<p>　　4.2 厚度計(jì)算5</p><p>　　第5章 心得與體會(huì)6</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)7</b></p><p><b>　　附 錄8</b></p><p>　　第1章 設(shè)計(jì)概述及設(shè)計(jì)背景</p><p><b>　

4、　1.1 設(shè)計(jì)概述</b></p><p>　　塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)等工業(yè)部門的一種重要的單元操作設(shè)備。它的作用是實(shí)現(xiàn)氣（汽）——液相或液——液相之間的充分接觸，從而達(dá)到相際間進(jìn)行傳質(zhì)及傳熱的目的。可在塔設(shè)備中完成的常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。</p>&l

5、t;p>　　塔設(shè)備應(yīng)用面廣、量大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，塔設(shè)備無論其投資費(fèi)用還是所消耗的鋼材重量，在整個(gè)過程設(shè)備中所占的比例都相當(dāng)高。其性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，都有重大的影響。因此，隨著石油、化工行業(yè)的迅速發(fā)展，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究越來越受到關(guān)注和重視。</p><p>　　為了使塔設(shè)備能更有效、更經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，除了要求它滿足特定的工藝條件外，還應(yīng)滿足以下要求：

6、氣液兩相充分接觸，相際間傳熱面積大；生產(chǎn)能力大，即氣液處理量大；操作穩(wěn)定，操作彈性大；阻力??；結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝、維修方便，設(shè)備的投資及操作費(fèi)用低；耐腐蝕，不易堵塞。</p><p><b>　　塔設(shè)備的分類：</b></p><p>　　1.按操作壓力分有加壓塔、常壓塔及減壓塔；</p><p>　　2.按單元操作分有精餾塔、吸收塔、介吸塔

7、、萃取塔、反應(yīng)塔、干燥塔等；</p><p>　　3.按內(nèi)件結(jié)構(gòu)分有填料塔、板式塔。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的常壓裝置初餾塔是煉油廠生產(chǎn)裝置中的初期設(shè)備。原油的蒸餾方式主要有一段汽化、二段汽化和三段汽化蒸餾工藝流程。我國石化行業(yè)主要采用后兩種方式。其中，初餾塔是三段汽化蒸餾工藝流程（預(yù)

8、汽化——常壓蒸餾——減壓蒸餾）中的“預(yù)汽化”設(shè)備。</p><p>　　在煉油工藝中，原油在蒸餾前必須進(jìn)行嚴(yán)格的脫鹽、脫水，脫鹽后原油換熱到230—240℃進(jìn)初餾塔（又稱預(yù)汽化塔），塔頂出輕汽油餾分或重整原料。塔底為拔頭原油經(jīng)常壓爐加熱至360—370℃進(jìn)入常壓分餾塔，塔頂出汽油。</p><p>　　從原油的處理過程來看，上述常減壓蒸餾裝置分為原油初餾（預(yù)汽化）、常壓蒸餾和減壓蒸餾三部分

9、，油料在每一部分都經(jīng)歷一次加熱——汽化——冷凝過程，故稱之為“三段汽化”。</p><p>　　第2章 主要結(jié)構(gòu)及基本組成</p><p><b>　　2.1 主要結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　在塔設(shè)備的類別中，由于目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的是填料塔及板式塔，所以主要考慮這兩種類別。</p><p>　　考慮到設(shè)計(jì)條件，

10、在初餾塔中介質(zhì)原油的分離程度要求不高，成分復(fù)雜，而且板式塔較填料塔而言其效率更高，更穩(wěn)定，液——?dú)獗冗m用范圍大，持液量較大，安裝、檢修更容易，造價(jià)更低，故選用板式塔更為合理。 </p><p>　　板式塔是一種逐級(jí)（板）接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備。塔內(nèi)以塔板作為基本構(gòu)件，氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層，使氣——液相密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱，兩相的組分濃度呈階梯式變化。</p><p&

11、gt;　　塔盤采用浮閥型式。因?yàn)楦￠y塔在石油、化工、等工業(yè)部門應(yīng)用最為廣泛，具有優(yōu)異的綜合性能，在設(shè)計(jì)和選用時(shí)常作為首選的板式塔型式。</p><p>　　板式初餾塔的總體結(jié)構(gòu)見裝配草圖。由圖可見，板式塔除了各種內(nèi)件之外，主要由塔體、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平臺(tái)組成。</p><p><b>　　2.2 基本組成</b></p>

12、<p><b>　　a.塔體</b></p><p>　　塔體即塔設(shè)備的外殼，常見的塔體由等直徑、等厚度的圓筒及上下封頭組成。對(duì)于大型塔設(shè)備，為了節(jié)省材料也有采用不等直徑、不等厚度的塔體。塔設(shè)備通常安裝在室外，因而塔體除了承受一定的操作壓力（內(nèi)壓或外壓）、溫度外，還要考慮風(fēng)載、地震載荷、偏心載荷。此外還要滿足在試壓、運(yùn)輸及吊裝時(shí)的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性要求。本設(shè)計(jì)中初餾塔為常壓0.1M

13、Pa，采用等直徑等厚度型式。</p><p><b>　　b.支座</b></p><p>　　塔體支座是塔體與基礎(chǔ)的連接結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵撍O(shè)備較高、重量較大，為保證其足夠的強(qiáng)度及剛度，故采用裙式支座。</p><p><b>　　c.人孔及手孔</b></p><p>　　為安裝、檢修、檢查等需要，本

14、初餾塔體上設(shè)有人孔。</p><p><b>　　d.接管</b></p><p>　　用于連接工藝管線，使塔設(shè)備與其他相關(guān)設(shè)備相連接。本初餾塔的主要接管見草圖。</p><p>　　第3章 初溜塔構(gòu)造的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 塔高確定</b></p><p&g

15、t;　?。?）塔的頂部空間高度</p><p>　　塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭切線的距離。為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間高度取ha=1500mm。</p><p>　　（2）塔的底部空間高度</p><p>　　塔的底部空間高度是塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線處的距離。當(dāng)進(jìn)料系統(tǒng)有15分鐘的緩沖時(shí)間容量時(shí)，釜液的停留時(shí)間可取3～5分

16、鐘，否則須取15分鐘。根據(jù)塔徑2500mm，可取塔底部空間高度7535mm。</p><p><b>　?。?）塔的主體高度</b></p><p>　　塔體內(nèi)部共設(shè)有19層塔板，其中包括精餾段15層，提餾段4層。塔盤之間的間距應(yīng)主要考慮的因素有：霧沫夾帶、物料的起泡性、操作彈性、安裝和維修的要求。此外，塔板間距與液泛密切相關(guān)，塔板間距越大，越不易發(fā)生液泛。綜合考慮以

17、上因素，結(jié)合塔板間距標(biāo)準(zhǔn)系列，可取塔板間距為600mm。為了檢修和安裝的方便，每5塊塔板之間設(shè)有一個(gè)人孔，此處的兩塔板間距取800mm。進(jìn)油口處空間高度取3450mm。</p><p>　　主體高度：4×600+800+4×600+800+4×600+3450+4×600=14650mm</p><p><b>　　（4） 橢圓形封頭<

18、;/b></p><p>　　根據(jù)JB/T4736-2002 ，選用EHA2500×10—Q235B型號(hào)封頭。如圖2-1。</p><p><b>　　圖3-1橢圓形封頭</b></p><p>　　表3-1橢圓形封頭主要參數(shù)</p><p><b>　?。?）塔的總高度</b>&l

19、t;/p><p>　　H=1500+7535+14650+665+2500=26850mm</p><p>　　3.2 塔盤選型與設(shè)計(jì)</p><p>　　選用的浮閥塔盤，這類塔盤的塔盤板開有閥孔，安裝了能在適當(dāng)范圍內(nèi)上下浮動(dòng)的閥片，其形狀有圓形、條形、方形等。由于浮閥與塔盤板之間的流通面積能隨氣體負(fù)荷的變動(dòng)而自動(dòng)調(diào)節(jié)，因而在較寬的氣體負(fù)荷范圍內(nèi)，均能保持穩(wěn)定操作。氣體

20、在塔盤板上以水平方向催促，氣液接觸時(shí)間長，霧沫夾帶量少，液面落差也小。浮閥具有生產(chǎn)能力大，操作彈性大，效率高，塔板結(jié)構(gòu)及安裝較泡罩簡單因而重量輕，制造費(fèi)用底的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　浮閥是浮閥塔的氣液傳質(zhì)元件。目前國內(nèi)應(yīng)用最為普遍的是F1型浮閥。F1型浮閥分為輕閥和重閥兩種，輕閥采用1.5mm薄板沖壓而成，質(zhì)量約為25kg；重閥采用2mm薄板沖壓，質(zhì)量約為33g。由于輕閥漏液較大，除真空操作時(shí)選用外，一般用重

21、閥。浮閥的閥片及閥腿是整體沖壓的，閥片的周圍還沖有三個(gè)下彎的小定距片。在浮閥關(guān)閉閥孔時(shí)，它能使浮閥與塔板間保留一小的間隙，一般約為2.5mm，同時(shí)，小定距片還能保證閥片停在塔板上與其他點(diǎn)接觸，避免閥片粘在塔板上而無法上浮。閥片四周向下傾斜，且有銳邊，增加了氣體進(jìn)入液層的湍動(dòng)作用，有利于氣液傳質(zhì)。浮閥的最大開度有閥腿的高度決定，一般為12.5mm。</p><p><b>　　3.3 主圖</b&g

22、t;</p><p>　　主要過程流程圖由附錄給出。</p><p>　　第4章 材料選擇和厚度計(jì)算</p><p><b>　　4.1 材料的選擇</b></p><p>　　4.1.1 筒體和封頭材料的選擇</p><p>　　在剛度或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主的場合，應(yīng)盡量選用普通碳素鋼。在以強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主

23、的場合，應(yīng)根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)等使用限制，選用Q235系列的碳素鋼。這類鋼強(qiáng)度較低，塑性和可焊接性較好。由于容器設(shè)計(jì)壓力為0.10MPa，即小于1.6MPa，鋼板使用溫度為320℃，在0-350℃范圍內(nèi)，故筒體和封頭都選用Q235-B的鋼板。由于橢圓形封頭吸取了半球形封頭受力好和蝶形封頭受力淺的優(yōu)點(diǎn)，且橢圓部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，應(yīng)力分布比較均勻，所以選擇橢圓形封頭。</p><p>　　4.1.2裙座材料的選

24、擇</p><p>　　裙座不直接與塔內(nèi)介質(zhì)接觸，也不承受塔內(nèi)介質(zhì)的壓力，因此不受壓力容器用材的限制?？蛇x用較經(jīng)濟(jì)的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。故也選用Q235-B。</p><p>　　4.1.3 接管的材料</p><p>　　選用Q235-B作為補(bǔ)強(qiáng)圈的材料，部分接管用20，法蘭選用20。具體將在裝配圖上注明。</p><p><b>　

25、　4.2 厚度計(jì)算</b></p><p>　　安裝在室外的大型塔設(shè)備——常壓裝置初餾塔，除受操作壓力作用外，還受設(shè)備自身質(zhì)量引起的重力，地震、風(fēng)載荷等的作用，而引起的軸向應(yīng)力。從而可能使軸向組合應(yīng)力，大于設(shè)計(jì)壓力而引起的環(huán)向應(yīng)力，而使設(shè)備因軸向應(yīng)力過大而破壞。因此我國JBT4710—2005《鋼制塔式容器》規(guī)定對(duì)高度大于10m，且高度與直徑之比大于5的裙座自支承塔式容器，按設(shè)計(jì)壓力計(jì)算確定塔殼的圓筒

26、和封頭的有效厚度后，再根據(jù)地震、風(fēng)載荷的需要，并考慮制造、運(yùn)輸、安裝的要求，設(shè)定一個(gè)不得小于按壓力計(jì)算的圓筒有效厚度δes，且δes應(yīng)不小于6mm。然后進(jìn)行載荷計(jì)算，圓筒應(yīng)力校核和裙座計(jì)算，校核設(shè)定的δe、δes是否合適，以確保塔式設(shè)備的環(huán)向、軸向強(qiáng)度和穩(wěn)定性。</p><p><b>　　第5章 心得與體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過這段時(shí)間的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，我覺得

27、對(duì)于設(shè)計(jì)的基本流程以及相關(guān)的工作過程已經(jīng)有了更多的掌握。本次課程設(shè)計(jì)是建立在以前幾次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，不同之處就是畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及的問題更加全面更加深入，要求也更高。雖然期間碰到過許多的問題和困難，但是通過查閱相關(guān)的資料以及老師和同學(xué)對(duì)我的幫助，最后通過努力終于完成了任務(wù)。因此有一定的收獲。譬如經(jīng)過煩瑣的查表，懂得了查表對(duì)于工科學(xué)生是必須掌握的能力，要“會(huì)用表” ；而遵守標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范是設(shè)計(jì)的基本原則。同時(shí)設(shè)計(jì)要結(jié)合具體實(shí)際情況，考慮生產(chǎn)的經(jīng)

28、濟(jì)性，合理性等，選擇最佳方案，這樣才能完成一次成功的設(shè)計(jì)工作。</p><p>　　塔的設(shè)計(jì)有其特殊性，需要考慮制造、安裝吊運(yùn)、檢修。對(duì)其強(qiáng)度、穩(wěn)定性必須要有足夠的保證，以滿足塔設(shè)備工作時(shí)承受風(fēng)載荷、地震載荷、偏心載荷以及雪載荷的要求。設(shè)計(jì)的思想第一是保證安全，其次是環(huán)境保護(hù)，能源利用，工作效率和經(jīng)濟(jì)性等。設(shè)計(jì)是有嚴(yán)格遵循的步驟和方法。根據(jù)一定的條件和要求，確定設(shè)計(jì)的方向，包括選材，機(jī)械設(shè)計(jì)，強(qiáng)度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)分析

29、，開孔補(bǔ)強(qiáng)，制造工藝等。設(shè)計(jì)過程十分繁瑣，需要很耐心地去做。必須以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度來進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證全面、正確、優(yōu)化。</p><p>　　在做此工作的時(shí)候心態(tài)很重要，也許不能一蹴而就，但經(jīng)過多次的揣摩與驗(yàn)算，最終一定能達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。也只有經(jīng)過不斷的實(shí)踐探索，才能做到有所得。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]鄭

30、津洋．《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》．北京：化學(xué)工業(yè)出版社(第二版)，2005</p><p>　　[2]涂偉萍．《化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)》．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[3]朱有庭．《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊》．北京：化學(xué)工業(yè)出版社(第一版)，2005 </p><p>　　[4]巨勇智．《過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》．北京：國防工業(yè)出版社，2005</p>