设计计算说明书—乙醇-水浮阀精馏塔设计

设计计算说明书—乙醇-水浮阀精馏塔设计内容摘要：

28160 个 塔板数 15 7 保温材料 岩棉 塔板间距（ mm） 450 保温厚度 100mm 塔顶压力（ Mpa） 保 温层密度 200 kg/m3 塔底压力（ Mpa） 材质 壳体、封头 Q345R 塔底液柱高度（ m） 2 板 Q345R 塔底工作压力（ Mpa） 裙座 Q235AF 设计压力（ Mpa） 允许腐蚀裕度 2mm 设计温度（℃） 150 封头 标准椭圆封头 压力容器等级 I 弓形高 150mm 裙座高（ mm） 2020 乙醇 水浮阀精馏塔设计计算说明书 4 塔外附件重 3500kg 地震烈度 8 当地风压 350Pa 场地类型 B 设备估重参数 平台宽 900mm（半圆形），平台重 150 kg/m2，平 台构件投影面积 A= m2。 笼式扶梯 40 kg/m2，开式扶梯 20 kg/m2。 设计任务分析 塔设备设计应包括工艺设计和结构设计两部分。 工艺设计主要是根据工艺要求确定塔设备的各工艺参数，使塔设备可以满足工艺要求。 结构设计是基于工艺设计的结果，对塔设备的整体和各部分结构作全面设计，使塔可以正常运行并达到工艺要求。 本设计假设工艺设计完成，仅进行机械结构设计。 1. 3 设计内容 本设计将 主要依据 以 GB1502020《固定式压力容器》、《 JB247102020 钢制塔式容器》 、 《化 工设备设计手册》 为 主要依据对 乙醇 水 浮阀精馏塔进行了较全面结构设计。 设计 内容包括塔的总体结构设计、塔盘结构 设计及强 校核、 塔体 载荷分析 、塔体校核计算、 塔设备 零部件（包括保温层、裙座、 塔顶吊柱 及除沫器等）设计、地脚螺栓座校核计算 、塔体 开孔 及开孔 补强设计等。 下面 各章节 将针对以上内容一一展开。 乙醇 水浮阀精馏塔设计计算说明书 5 第 2 章 塔总体结构设计 总体结构 总体 结构如 总装图 所示，包括 封头 、筒体、裙座、塔盘 、 塔 附件 、塔 内件、开孔 与 接管等。 主体尺寸 塔高 塔顶空间高度 塔顶空间高度是指塔 顶部第一块塔板至塔顶封头切线之间的垂直距离。 取塔顶空间高度 1500DH mm。 封头高度 1600 40044iDH m m  头采 用 标 准 椭 圆 封 头 ， 不 包 括 直 边 段 的 封 头 高 度，直边段高度 =25mmH直。 塔板间距 塔板间距 =450mmHT ，人孔板间距 700mmPH  ，进料板间距 450mmFH 。 塔底空间高度 塔底空间高度是指塔底第一块塔板至塔底切线的距离。 取塔底第一块塔板至塔釜液面高度为 1400mm，塔釜液面高度为 2020mm，以此，计算塔底空间高度1 4 0 0 2 0 0 0 4 0 0 3 0 0 0BH m m   。 裙座高度 取裙座高度 =2020mmH座。 人孔布置 在塔顶空间、塔底空间、精馏段、提馏段各布置一个人孔，即人孔数目 n=4。 塔板布置 精馏段塔板数 i=15M ，提馏 段塔板数 i=7N ，实际塔板数 15 7 22PN   。 全塔高 乙醇 水浮阀精馏塔设计计算说明书 6 全塔高： ( ) +P F T F F P D BH N N n H N H n H H H H H        头 座 ( 2 2 1 4 1 ) 4 5 0 1 4 5 0 4 7 0 0 1 5 0 0 4 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0             17350mm 圆筒高度 圆筒高： =2H H H H H  筒 头 座 直 14900mm 设计参数及材料指标 设计压力 MPa ，设计温度取 150t ℃ ，塔底液柱静压力为。 由于 0. 02 5% 0. 9M pa M pa，故液柱静压力可忽略不计。 筒体、封头材料均为 Q345R，根据 《固定式压力容器》，设计温度 ( 150 )t ℃ 下的许用应力   =189t Mpa （设壁厚为 3~16mm）， 345elR MPa。 筒体和封头壁厚 筒体 取焊接系数  ，钢板厚度负偏差 1 mm ， 2 2C mm ； 筒体计算厚度厚度  92 cit cpD mmp ； 筒体设计厚度 2 ( 4 . 4 9 2 ) 6 . 4 9d C m m m m    ； 设计厚度加上钢板厚度负偏差 1C ，并圆整，取筒体名义厚度 8n mm  ； 筒体有效厚度 12 5 .7en C C m m   。 封头 取焊接系数为  ，厚度负偏差 1 mm ， 2 2C mm ； 则封头的计算厚度   92 cpD mmp ； 封头设计厚度 2 ( 4 . 4 9 2 ) 6 . 4 9d C m m m m    ； 设计厚度加上钢板厚度负偏差 1C ，并圆整，取封头名义厚度 8n mm  ； 封头有效厚度 12 5 .7en C C m m   。 乙醇 水浮阀精馏塔设计计算说明书 7 第 3 章 塔盘结构设计与校核 塔盘整体形式与结构 塔盘整体为分块式浮阀塔盘，采用单液流程，结构如下图： 图 41 塔盘总体结构 塔 盘材料 无特殊声明，各零部件选用 Q345R 材料。 塔盘零部件设计 浮阀 浮阀采用 F1 型浮阀，升气孔尺寸为 mm 。 根据标准 JB/T11182020《 F1 形浮阀》，选用 F1Z4A 规格浮阀，其基本参数和尺寸为： 表 31 F1Z4A 型浮阀 标记 基本参数 踏板厚度 尺寸 材质 F1Z4A 阀厚 阀重 4 H L a b c 0Cr13 乙醇 水浮阀精馏塔设计计算说明书 8 2 塔盘组装 结构 塔盘（狭义，塔盘板组成）分 2 个切角塔盘板、 2 个塔盘边板、通道板组装而成。 塔盘板厚度取 4S mm。 根据塔体内径，《化工设备设计手册》表 1156，塔盘板的其它相关尺寸如下： 塔盘直径 3 0 1 5 7 0TiD D m m  ，塔盘支撑圈宽  高   40 10B mm   ，塔盘与支撑圈紧固用螺栓至塔盘边板距离1 30( 20) 452B B m m   。 塔盘板 长度 2 2 1 6 0 0 2 1 5 0 2 1 0 1 2 8 0iL D W m m         。 塔盘板 切角塔盘板 塔盘上在通道板两侧设置两块切角塔盘板，其结构及相关尺寸如下图： 图 32 切角塔盘板 为增加塔盘刚度，塔盘板设有幅板，根据《化工设备设计手册》表 1157，取幅板高度 80h mm ，螺孔边距 30e mm。 通道板 为使检修时方便通过各层塔盘，塔盘上设置有通道板，通道板与其周围零部件的连接方式 应设计为双面可拆结构。 塔盘板长度 12020L mm ，根据要求，每层塔盘的通道板应分为两块设置。 通道板结构如下图： 乙醇 水浮阀精馏塔设计计算说明书 9 图 33 带幅板塔盘通道板 图 34 无幅板塔盘通道板 为方便拆、装通道板，通道板设有提手，提手尺寸 1 2 0 2 0 5 0L B H m m    ，厚度取 10mm。 图 35 通道板提手 乙醇 水浮阀精馏塔设计计算说明书 10 塔盘边板 由下图可知，塔盘连接尺寸方程式： 1 5 ( 1 5 ) ( 4 1 5 1 5 ) 2 1 0 8 0 0w      图 36 塔盘连接尺寸 以此，塔盘边板弓高 190w。 根据标准推荐，塔盘边板与支撑圈紧固用螺孔所在中心线半径为： 11 1570 45 7402TR R B m m    。 塔盘边板的结构及尺寸如下图所示： 图 37 塔盘边板 升气孔排列 塔盘板上的升气孔采用等腰三角形排列，底边尺寸取 75b mm ，高度取110iT mm。 各塔盘板上的升气 孔排列如下： 图 38 切角塔盘板升气孔排列 乙醇 水浮阀精馏塔设计计算说明书 11 每个切角塔盘板布置 42 个升气孔。 图 39 通道板升气孔排列 每个通道板布置 22 个升气孔。 图 310 塔盘边板板升气孔排列 每个通道板布置 3 个升气孔。 降液板 降液板形式 降液板形式采用倾斜式降液板。 降液板分块规格 与塔体连接形式采用分块式连接结构：取降液板总高度 450h mm ，因400h mm ，为便于通过人孔， 采用分块式连接结构。 降液板厚度取与塔盘板等厚， 4S mm。 降液板与其支撑件的尺寸 弓形高 150w mm ， 150 1600iwD ，查《化工设备设计手册》表 1144，  ，弓形降液管弦长 0 .5 8 3 0 9 3 3xL D m m； 乙醇 水浮阀精馏塔设计计算说明书 12 弓形所对半弦角 /2a r c ta n 36/2xLDw   ； 14tanh mm， 68c o s (9 0 )Bl m m ， 1 0 4 4h l h mm    ； 连接板宽度 6 7 4 4 6 7 1 1 1xB h m m    ； 降液板长度 2 2 4 8 1 3xL L h h m m     。 受液盘 受液盘形式 受液盘形式采用凹形受液盘。 受液盘及其支撑件尺寸 取凹受液盘宽度 150w mm ，深度 60h mm ，厚度与塔盘板等厚， 4S mm ； 连接板厚度取与支撑圈等厚， 1 10mm ； 连接板高度 1264h h mm   ； 弦高 12( ) 1 5 0 1 0 4 1 6 4w m m     ， 12()iw D  ，查《化工设备设计手册》表 1144，  ， 971xL mm ； 连接板处半弦角12/2a r c ta n 37/ 2 ( )xLDw     ； 连接板宽度 56si nx BB mm； 凹形受液盘结构直径 2 ( 2 ) 1 5 1 6TiD D B m m     ； 受液盘长度 2 ( 2 5 ) 8 8 0xxL L B m m   。 泪孔 为检修时排出凹受液盘中残液，在凹受液盘上设有泪孔。 泪孔直径 8 ，孔中心至受液盘竖直段外沿距离为 50mm。 入口堰 受液盘采用凹形受液盘，降液板高度比较大，为避免入口堰与见夜班间隙过小导致液流速度过大，不设入口堰。 出口堰 乙醇 水浮阀精馏塔设计计算说明书 13 出口堰形式 出口堰形式采用可调（高度）式平堰。 出口堰板结构尺寸 取出口堰高度 150wh mm ，厚度与塔盘板等厚， 4S mm ； 出口堰板高度 11 3 0 1 8 0wH h H m m   ； 出口堰板长度与降液板等长， 813L mm ； 取出口堰板与降液板连接螺栓间距 250mm。 液封盘 液封盘结构形式 液封盘结构形式采用可拆连接结构。 受液盘结构尺寸 取液封盘宽度 150w mm ，深度 60sh mm ，厚度与塔盘板等厚， 4S mm ； 弦高 1( ) 1 5 0 1 0 1 4 0w m m   ， 1()iwD  ，查《化工设备设计手册》表 1144，  ， 904xL mm ； 连接板处半弦角1/2a r c t a n 34/ 2 ( )xLDw   ； 连接板高度 2 64csh h mm   ； 液封盘外径与塔盘外径相等， 1570TD mm ； 液封盘长度 2 ( 4 5 ) 8 5 2xxL L B m m   。 2 3 0 1 0 1xL B mm   ， 3 3 0 2 0 1 2 1xL B m m   ， 12 702xL L L mm  。 卡子孔距密封盘上端面高度 1 30P mm。 泪孔 为检修时排出液封盘中残液，在液封盘上设有泪孔。 泪孔直径 8 ，孔中心至受液盘竖直段外沿距离为 50mm。