处理量为100kmolh乙烯乙烷浮阀塔设计-硕士学位论文.doc

1、大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计（论 文）处理量为 100kmol/h 乙烯乙烷浮阀塔设计Design of 100kmol/h Ethylene-Ethane Valve Tower学 院（系）： 化工学院 专 业： 过程装备与控制工程 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 大连理工大学Dalian University of Technology大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目- I -摘 要精馏塔是一圆形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热

2、，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。简单精馏中，只有一股进料，进料位置将塔分为精馏段和提馏段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔内，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。较常用的精馏塔包括筛板式、泡罩式以及浮阀式等。本设计为浮阀式精馏塔。浮阀塔综合了前两者的优点，取消了结构复杂的上升管和泡罩。为避免堵塞和漏夜过多，塔板上开孔比较大（标准直径为 39mm），每个孔还装有可以上下浮动的浮阀。浮阀的开度可根据气体通过阀孔的气速自动调节。当气体负荷较低时，浮阀的开度较小，漏夜量不多；气体负荷较高时

3、，浮阀开度较大，阻力又不至于增加过多大，所以这种塔板操作弹性大，阻力比泡罩塔板大为减小，其生产能力大于泡罩塔板。另外，这种塔板的效率也较高。其主要缺点是浮阀使用过久后，由于频繁活动而易脱落或被卡住，操作失常。常用的浮阀有 F1 型和 V4 型两种，后者常用于减压塔。此外，浮阀还有条形型式的浮阀，如条形浮阀、方形浮阀和导向浮阀等，其性能较常规浮阀有所改进，在工业上得到了应用和推广。本设计选用 F1 型浮阀。关键词:精馏塔 浮阀塔 工艺设计 机械设计大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目IIAbstractDistillation is a circular cyl

4、inder, equipped with multi-storey tower tray or filler, and Tajikistan, the central location for a feed plate. Trays in the two-phase contact with each other, the liquid is heated, liquid in the volatile component in the shift to gas, gas condensate was partly, in the difficult volatile gas to liqui

5、d components in the transfer, so that the mixture of group Be at a high level of separation.Simple distillation, only a feed, feed location will be divided into distillation towers, and mention of distillate and in the top and bottom respectively leads to a product. Distillation, gas, liquid two-pha

6、se pressure and the temperature gradually increased from top to bottom, the lowest top, bottom maximum.More commonly used, including sieve-distillation columns, bubble-and-float valve, and so on. This is designed to float valve distillation column. Valve tower integrated the advantages of the former

7、 two, abolished the complex structure of the rise and the blister. In order to avoid excessive congestion and Lou Ye, opening more Trays (standard diameter of 39 mm), with each hole also can be plus or minus the float valve. Valve under the opening of gas through the gas valve hole-speed automatic a

8、djustment. When the gas load is low, the valve opening of the smaller, Lou Ye of little higher gas load, the valve opening larger, and resistance does not increase too much, so this operation flexible tray, Resistance than blister tray greatly reduced their production capacity greater than blister t

9、ray. In addition, the efficiency of such a tray also higher. The main drawback is the valve used for too long, because of frequent activities and easy shedding or get stuck, operation disorders. A common valve F1-and two-V4, the latter commonly used in the vacuum tower. In addition, the valve is als

10、o available in bar type of valve, such as strip valve, a square valve and a guide valve, and its performance than conventional valve improvement in industry has been applied and promotion. The design chosen F1-float valve.Keywords: Distillation Tower; Valve tower; Process Design; Mechanical Design大

11、连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目III目 录摘 要 .IAbstract .II1.文献综述.11.1 填料塔的现状.11.2 各种类型塔板的介绍.21.2.1 泡罩型塔板.21.2.2 浮阀塔板.21.2.3 条形浮阀塔盘.21.2.4 VV 塔板 .31.2.5 Superface 塔板 .31.3 国外板式塔技术的进展.31.3.1 设计特点.31.3.2 发展趋势.41.3.3 今后的工作.51.3.4 新分离技术.51.4 填料塔.61.4.1 塔填料.61.4.2 液体分布器.111.4.3 板式塔与填料塔的比较.131.5 CAXA 电子图板 .

12、131.5.1 概述.131.5.2 系统特点.141.5.3 数据接口.151.5.4 工程图输出.151.5.5 CAXA 电子图板与 AutoCAD 功能比较 .162 塔设备工艺设计.192.1 设计条件.192.1.1 工艺条件：.192.1.2 操作条件：.192.2 物料衡算及热量衡算.192.2.1 物料衡算.19大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目IV2.2.2 热量衡算.192.3 塔板数的计算.202.3.1 试差法计算过程.202.3.2 最小回流比计算：.202.3.3 逐板计算过程：.202.4 精馏塔工艺设计.212.4.1 物性

13、数据.212.4.2 初估塔径.212.4.3 塔高的估算.222.5 溢流装置的设计.222.5.1 溢流型式的选择.222.5.2 降液管（弓形）.222.5.3 溢流堰.232.6 塔板布置和其余结构尺寸的选取.232.6.1 塔板及其分布.232.6.2 阀孔的尺寸及排列.232.7 塔板流动性能校核.242.7.1 液沫夹带量校核.242.7.2 塔板阻力 hf 的校核.242.7.3. 降液管液泛校核.242.7.4. 液体在降液管中的停留时间.252.7.5. 严重漏液校核.252.8 负荷性能图.253. 塔设备机械设计.273.1 按计算压力计算筒体和封头的壁厚.273.2

14、塔的质量载荷计算.273.2.1塔壳和裙座的质量 .273.2.2. 塔内构件质量：.283.2.3人孔，法兰，接管与附属物质量.283.2.4保温材料质量.283.2.5平台，扶梯质量.283.2.6操作时塔内物料质量.28大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目V3.2.7充水质量.283.2.8全塔操作质量.283.2.9全塔最小质量.293.2.10 全塔最大质量.293.3 塔的自振周期计算.303.4 地震载荷计算.303.5 风载荷计算.313.5.1风力计算.313.5.2风弯矩计算.323.6 各种载荷引起的轴向应力.333.6.1计算压力引起的

15、轴向拉应力 1.333.6.2操作质量引起的轴向压应力 2.333.6.3最大弯矩引起的轴向应力 3.333.7 筒体和裙座危险截面的强度和稳定性校核.343.7.1筒体的强度与稳定性校核.343.7.2裙座的稳定性校核.343.8 筒体和裙座水压试验应力校核.353.8.1筒体水压试验应力校核.353.8.2裙座水压试验应力校核.363.9 基础环设计.363.9.1基础环尺寸.363.9.2基础环应力校核.373.9.3基础环厚度.373.10 地脚螺栓设计.373.11 补强计算：（此处只对人孔进行补强计算）.38附录.40参 考 文 献.44致 谢.45大 连 理 工 大 学 本 科

16、毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目1正文1.文献综述馏塔是一圆形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。简单精馏中，只有一股进料，进料位置将塔分为精馏段和提馏段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔内，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。1.1 填料塔的现状首先从塔填料来看,塔填料是填料塔的核心构件,是气液两相进行热和质交换的场所,它为气液两相间热、质传递提供了有效的相界面。塔填料的性质决定了填料塔的

17、操作,只有性能优良的塔填料再辅以理想的塔内件,才有望构成技术上先进的填料塔。因此,人们对塔填料的研究十分活跃。对塔填料改进与更新的目的在于:改善流体的均匀分布,提高传递效率,减少流动阻力,增大流体的流量以满足降耗、节能、设备放大、高纯产品制备等各种需要。目前,塔填料的开发,除研究各种散装和规整填料结构外,还对填料的材质、加工方法、表面特性等进行研究。规整填料是继散堆填料之后在近 20 余年来发展的高效新型填料,国外有许多品种,见表 1。规整填料的应用已成为许多厂分离和净化工序技术改造的热点,成为各厂提高产量、改进分离效果、减少能耗、安全生产和稳定操作的重要技术措施。规整填料的特点为: 分离效率

18、高。这种填料可根据需要制造成具有较大的比表面积,因此可提高单位高度的理论板数。如金属丝网填料每米高的理论板数可达 10 块以上。通量及操作弹性大。规整填料允许的气、液通量较大,所以与相同塔径的板式塔相比,其产量一般可大幅度增加。同时允许通量在较大的范围内变化。规整填料本身的弹性比可高达100 ,但实际填料塔的弹性比主要受到塔内液体分布器操作弹性的限制。阻力压降小。即使在较大负荷下规整填料的压降也是比较小的,这是其显著特点。放大效应低。与颗粒填料不同,规整填料用于大型塔时,其效率降低较少。在规整填料方面,我国也有不少研究成果。天津大学与英国 Aston 大学联合开发出了以 UnaPak 命名的脉

19、冲规整填料。天津市天久新技术开发公司开发了高效廉价的板花规整填料。其 80 型(比表面积80 m2 / m3 ) 的传质效率与 MellaPak 350Y 型(比表面积 350 m2 / m3 ) 相当; 天津大学填料塔新技术公司 1991 年引进了苏尔寿公司的 Mellapak 自动生产线,并自已开发大 连 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目2了碳钢渗铝板波纹填料;清华大学和上海化工研究院分别开发了压延板网波纹填料;中石化洛阳工程公司开发了 LH 型规整填料。这些成果都在工业生产中取得了成功的应用。1.2 各种类型塔板的介绍1.2.1 泡罩型塔板泡罩塔曾有辉煌的过

20、去: 从 1813 年 Cellier 首次提出泡罩塔, 到现在经过近 200 年的不断改进和创新, 在板式塔发展史上起了重要作用。泡罩塔技术成熟, 操作稳定, 操作弹性较大; 加之塔板上液层较高, 两相接触时间较长, 因此板效率较高。但泡罩塔存在着塔板压降较高, 雾沫夹带大及造价较高等问题, 目前使用较少。1.2.2 浮阀塔板浮阀塔板主要优点: (1) 浮阀与塔板之间流通面积能随气体负荷变动自行调节, 操作气体负荷弹性较大; (2) 气体以“水平”方向吹出, 气液接触时间较长, 雾沫夹带少, 液面落差小; (3) 结构简单, 造价低。不足之处是塔板上液层梯度大, 液体返混较大,浮阀易磨损和脱落。(1) F21 型浮阀塔板圆盘形浮阀自从 1953 年开发成功后, 因其具有操作弹性大、效率高等诸多优点, 在工业生产中得到极为广泛的应用。其代表是美国 Glitsch 公司推出的 V 21 型浮阀, 国内称这为 F21 型浮阀。随着塔器技术不断进步 , F21 型浮阀塔板下列不足对其应用产生一定的影响; 塔板上液面梯度较大