1、南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 1 页 共 76 页 DN2800洗苯塔设计 摘要 : 本设计是填料塔， 因填料塔较其他类型塔有如下优点：结构简单，塔板效率较高，成本低，安装维修方便等。该设计的 重点与难点是洗苯塔的结构设计、强度校核、相关制造工艺的编制、 工艺流程图的绘制，塔的施工图设计包括总装配图和若干零件图 。 该设计主要是洗苯塔的主要技术参数的选定，以及主体构件的设计。并且对筒体、封头和裙座等部件都进行了强度的设计校核和开孔补强的计算。另外该设计还涉及筒体、封头等部件材料的计算选取及焊接材料的选用。 关键词 ：填料塔 设计 苯回收 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 2
2、 页 共 76 页 DN2800 design for benzene washing tower Abstract： This design is for packing tower, packed tower has the following advantages: simple structure than other types of tower, tower plate with high efficiency, low cost, convenient installation and repair. The design of the key and difficulty is
3、 benzene washing tower structure design, strength check, related manufacturing process planning, process flow chart, design and construction of tower includes assembly and a number of parts drawing. This design is mainly selected the main technical parameters of benzene washing tower, as well as the
4、 design of the main components. And the barrel body, head and skirt and other components are carried on the computation and design verification of intensity and the opening reinforcement. The selection and calculation of the welding material design also relates to the cylinder head and other parts,
5、materials. Keywords: packed tower design benzene recovery 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 3 页 共 76 页 引 言 . 5 第一章 结构设计 . 7 1.1 填料 ： . 7 1.2 填料层的高度 . 8 填料层分段 . 8 1.3 塔内件及附件： . 8 1.3.1 填料支承装置： . 8 1.3.2 液体再分布器 .10 1.3.3 除沫器 .10 1.3.4 塔吊柱 .10 1.3.5 人孔的设计和选择 .12 1.3.6 接管 .13 1.3.7 接管法兰的选择 .14 1.3.8 压力容器法兰 .14 1.3.9
6、 裙座 .15 第二章 填料塔的强度、刚度和稳定性计算 .16 2.1 了解设计条件以及选材 .16 2.2 计算筒体和封头厚度 .16 2.3 载荷分析 .17 2.3.1 地震载荷与地震弯矩的计算 .17 2.3.3 风载荷与风弯矩 .19 2.3.4 偏心质量 me .22 2.3.5 最大弯矩的计算 .22 2.3.6 计算塔设备质量载荷 .22 2.4 强度的校核 .24 2.4.1 筒体轴向力校核及稳定性校核： .24 2.4.3 设备压力试验时应力 .28 2.4.4 基础环及地脚螺栓的设计与校核： .29 2.4.5 盖板设计及校核 .33 2.4.6 肋板设计及校核 .33
7、2.4.7 裙座与塔壳的对接焊缝 .34 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 4 页 共 76 页 第三章 开孔和开孔补强设计 .35 3.1 开孔补强 .35 3.1.1 补强圈 .35 3.1.2 整体补强 .35 3.2 符号说明 .35 3.3 适用的开孔范围 .37 3.4 不另行补强的最大开孔直径 .37 3.5 壳体开孔补强要求 .37 3.5.1 外压容器 .38 3.5.2 内压 .38 3.6 平盖孔补强要求 .38 3.7 有效补强范围及补强面积 .39 3.7.1 补强范围 .39 3.7.2 补强面积 .39 3.8 补强方法的判别及补强设计及算 .40 3.8
8、.1 接管 a 的计算 .40 3.8.2 接管 f 的计算 .42 3.8.3 接管 c 的计算 .43 3.8.4 接管 d 的计算 44 3.9 人孔处补强 .45 第四章 洗苯塔的制造、检验和安装 .46 4.1 制造上的要求 .46 4.2 设备的安装 .49 4.3 设备的检验 .49 参考文献 .50 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 5 页 共 76 页 引 言 炼焦化工是以炼焦煤为原料，经过高温干馏生产焦炭、焦炉煤气及化工产品的工业。而焦炉煤气回收粗苯通常采用洗油吸收粗苯法。 粗苯是由多种芳烃和其他化合物组成的复杂混合物；粗苯的主要组分是苯、甲苯、二甲苯及三甲苯等。此
9、外，还含有一些其他组分。在用洗油回收煤气中的苯族烃时，则尚含有少量的洗油轻质馏分。 洗油吸苯的工艺流程如图 1所示。从焦炉煤气终冷塔来的温度为 25 27的煤气，依次通过串联的洗苯塔，与塔顶喷洒的煤焦油洗油逆流接触，脱出粗苯后，从塔顶排出。塔底排出含粗苯约 2.5%的富油，送富油脱苯工序蒸馏脱苯。脱苯后的贫油又送同吸苯工序循环使用。 图 1 焦油洗油脱苯工艺流程 洗油吸苯的主要设备 是洗苯塔。洗苯塔的形式有填料塔、板式塔和空喷塔等。空喷塔、板式塔结构简单，造价低，但洗苯效果差，目前国内大型焦化企业已很少采用。现在常用的是填料塔。如图 2 所示，填料塔内设有喷淋装置、填料装置、液体分配锥、气液再
10、分布板和捕雾装置等。填料装置有钢板网、木南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 6 页 共 76 页 格栅和花形填料等三种形式。洗苯效果的好坏，关键取决于洗苯塔的结构和塔内填料，因此选用合适的填料可以提高煤气中苯的回收率，降低生产成本，保证装置长周期运行。洗油通过塔顶的喷淋装置均匀分布于填料表面并与从塔底进入的煤气逆流接触，吸收了煤气中粗苯的富油从塔底排出。脱除 粗苯后的煤气，经捕雾装置从塔顶排出。在每段填料间，设有液体分配锥以消除塔壁效应。在塔中段设有气液再分布板，以使沿塔断面气液分布均匀。 图 2 填料式洗苯塔 本次设计的塔是基于衡阳的室外环境，在操作压力为 7000pa，操作温度为30
11、的基础上设计的。 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 7 页 共 76 页 第一章 结构设计 1.1 填料 ： 填料是填料塔核心件，填料的选用主要依据效率、通量、压降等三个重要的性能参数，其次 应综合考虑 成 品的性能、成型工艺和成本等因素。填料的吸油值、颗粒度、触变性 及 填充量、相对密度、价格等 因素 都会影 响到选择。 填料分散装和规整两类，综合上述各影响因素及设计条件，选鲍尔环作为洗苯塔的填料。 表 1-1 常用填料 鲍尔环是由值径高度比为 1 的空心圆柱体在侧壁上冲出两层均布交错排列的矩形小窗，冲出的叶片除一端连在该壁上，其余部分弯入环内，围聚于环心，如图所示。我国现行标准规定
12、开孔率取 35%。 图 1-1 鲍尔环 （ a）钢环 （ b）瓷环 填料层效率随塔径填料直径之比值（ D/d） 增加而下降。此处选用 76mm南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 8 页 共 76 页 的不锈钢鲍尔环，物性如表 1-2。 表 1-2 不锈钢环几何特性 1.2 填料层的高 度 填料层分段 液体经过填料层往下流，很容易沿塔壁形成壁流，易造成填料层中气液分布不均，导致设备传质效率低，严重时甚至使塔中心的填料不能被液体湿润而形成 “干锥”。因此，每隔一定高度，需设置液体收集再分布器，即将填料层分层。 对于散装填料，推荐高度见表 1-3，表中的 h/T 为层高与塔径比， Hmax 为
13、所允许的最大填料层高度。 表 1-3散装填料分层高度推荐表 填料 鲍尔环 拉西环 矩鞍环 阶梯环 环矩鞍 h/D 5 10 2.5 5-8 8-15 5 15 Hmax/m 6 4 6 6 6 取每层填料高 4.5m，故全塔共分为 五 段。 液体再分布器的安装位置，一般因高于填料层上表面 150mm 到 300mm，以便能提供足够空间让流体的压力降尽量小而又不至于太影响设备的传质效率。 1.3 塔内件及附件： 1.3.1 填料支承装置： 据设计条件，此处选用气液分流型支承板。 因塔径过大，选用分块式栅板 需 4 块以上，故选用梁式气液喷射填料支承南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 9 页
14、 共 76 页 板作填料支承装置，它比起分块式栅板有较大如下优点：流通截面积较大，通常在 90%到 110%之间；对流体的阻力较小；材料利用率高且可支撑较重的的填料。缺点是结构比较复杂。 图 1-2 DN2600-4000mm 支承板结构示意图 表 1-5 支承板结构 （ mm） 塔径 支承板直径 支承板数 主支承梁数 支承圈宽 支承圈厚 自由截面 ,% 支承板许用载荷，N 2800 2760 16 1 50 14 105 369175 表 1-5 支承板波形尺寸 （ mm） 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 10 页 共 76 页 1.3.2 液体再分布器 液体经过填料层上下流动时，
15、有沿塔壁形成壁流的趋势。易造成填料层中的流体分布不均，导致传质效率低，严重时甚至使设备中心的填料不能被液体湿润而形成 “干锥”。因此，故每隔一定的高度，需设计液体收集在分布器，即将填料层分层 ，层间设置液体再分布器，使尽可能多的填料能得到均匀喷淋从而尽可能减少径向浓度差。分配锥式是最常用的液体再分配器，但在本设计中，由于塔径过大，故采用 气液分流型 支撑板，它与液体收集器合二为一。故不应另设液体再分布器。 1.3.3 除沫器 在塔内操作气速较大时，可能出现塔顶雾沫夹带，不 但造成物料损失、降低塔效率且还污染环境。故需在塔顶设置除沫器。常用的除沫装置有丝网除沫器和折流板除沫器。 丝网除沫器有比表
16、面积大，重量轻，空隙率大和使用方便之优点。尤其是它具有除沫效率高，压力降较小等优点，故在本设计中的除沫器选择，应选用丝网丝除沫器，固定在上下两块栅格板间构成。，丝网层的厚度应遵循工艺条件且通过试验确定，对金属丝网，当网丝直径为 0.076 -0.400mm、网层密度为 480-5300N m 时，在合适的气速下丝网的蓄液厚度约 25 -50 。 此时网层厚度为 100 150 除沫效果最好 ，故选用 100 标准丝网除沫器。 网与上下栅板分块制作，每一块应可通过人孔于塔内安装。 1.3.4 塔吊柱 所设计的吊柱方位及回转半径 S 的应能使使吊柱经过人工推转，使吊钩垂线转到人孔正上方，还可使吊钩垂线转到平台外，以便将塔内零件从塔平台外场地上吊到塔平台上人孔上方或完成相反操作。故吊柱之方位设计时首先应考虑人孔的方向。人孔方向应由管道专业根据设备的管线布置和配管要求来确定。
