山东大学
课程设计（说明书）
设计(论文) 题目：
乙醇-水连续精馏浮阀塔设计说明书
.
姓名
学院机械工程学院 专业过程装备与控制工程 年级 2009级过控班 指导教师唐委校宋清华
2013年1月15日
山东大学课程设计（论文）成绩评定表
学院：机械工程学院专业：过程装备与控制工程年级：09级
目录
摘要 ............................................................................................................................................................................ I Abstract . ...................................................................................................................................................................... I 第1章浮阀塔国内外研究现状及应用 ................................................................................................................... 1
1.1 浮阀塔研究现状 .................................................................................................................................... 1
1.1.1 应用领域和应用现状 ..................................................................................................................... 1
1.1.2 国内外研究现状 ............................................................................................................................. 1
1.2 本文涉及的内容、目的以及意义 ........................................................................................................ 1
1.2.1 本文涉及的内容 ............................................................................................................................. 1 1.2.2 本文的目的 ..................................................................................................................................... 1 1.2.3 本文的意义 ..................................................................................................................................... 2
第2章概述 ............................................................................................................................................................... 4
2.1 设计概述 ................................................................................................................................................ 4 2.2 设计选材 ................................................................................................................................................ 4 2.3 本章小结 ................................................................................................................................................ 4
3.1总体形式 ............................................................................................................................................................. 5 第3章校核计算 ....................................................................................................................................................... 5
3.1总体形式 ................................................................................................................................................. 5 3.2塔体结构设计 ......................................................................................................................................... 5
3.2.1全塔高H 估算 . ................................................................................................................................. 5 3.2.2筒体、封头厚度 .............................................................................................................................. 6 3.2.3载荷分析 .......................................................................................................................................... 7 3.2.4 筒体强度与稳定性校核 ............................................................................................................... 13 3.2.5 筒体压力试验时的强度与稳定性校核 ....................................................................................... 13
3.3裙座的强度与稳定性校核 ................................................................................................................... 14
3.3.1裙座筒体应力校核 ........................................................................................................................ 14 3.3.2基础环设计 .................................................................................................................................... 15 3.3.3地脚螺栓设计 ................................................................................................................................ 16 3.3.4筋板 ................................................................................................................................................ 17 3.3.5盖板（环形盖板加垫板结构） .................................................................................................... 17 3.3.6裙座与塔壳对接焊缝校核 ............................................................................................................ 18
3.4开孔与开孔补强设计 ........................................................................................................................... 18
3.4.1气体出口补强设计 ........................................................................................................................ 19 3.4.2气体入口补强设计 ........................................................................................................................ 20 3.4.3 液体出口补强设计 ....................................................................................................................... 22 3.4.4人孔补强 ........................................................................................................................................ 23
第4章塔设备附件选择及计算 ............................................................................................................................. 25
4.1塔附件数据汇总 ................................................................................................................................... 25 4.2 自身梁式塔盘板设计计算 .................................................................................................................. 25
4.2.1 塔盘及其尺寸选择如图 ............................................................................... 错误！未定义书签。 4.2.2 塔盘的设计载荷 ........................................................................................................................... 26 4.2.3塔盘板自身梁校核 ........................................................................................................................ 26
摘要
筛板塔是传质过程常用的塔设备，在化工，石油，能源等行业的应用中处于板式塔应用的重要地位。本次论文以介质的性质、温度和压强，以及公称直径和当地自然环境为设计条件，综合考虑各方面的因素选定板式筛板塔，具体步骤主要包括壳体、封头壁厚的设计与较核，基础环板，裙座等零部件的设计 关键词：精馏; 吸收; 浮阀塔; 塔板;
Abstract
The plate column is an equipment in which liquid and mass contacted with each other and transferred progressively. Several layers of horizontal tower plate are placed in a cylindrical shell at a certain distance. There are many sieves on the tower plates. Each layer of the tower plate is equipped with a down comer. Gas and liquid phases contact with each other gradually within the tower plates. The composition of the two phases goes through a ladder-type change along the tower. As the gas velocity in the empty tower of the plate tower is high, the plate tower has large production capacity, stable power, low cost and is easy to maintain and clean.
Keyword ：distillation;absorption;float valve column;column plates;
第1章 浮阀塔国内外研究现状及应用
1.1 浮阀塔研究现状 1.1.1 应用领域和应用现状
浮阀塔是20世纪50年代开发的一种新塔型，其特点是在筛板塔基础上，在每个筛孔除安装一个可上下移动的阀片。当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，空速低时，阀片因自身重而下降。阀片升降位置随气流量大小自动调节，从而使进入夜层的气速基本稳定。又因气体在阀片下侧水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触时间，故收到很好的传质效果。浮阀塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。 1.1.2 国内外研究现状
浮阀塔作为化工、炼油行业中广泛应用的塔型之一，得到全世界的认可。无论是中国还是国外，大型化工行业都对浮阀塔做了很多的研究。随着对浮阀塔等一系列板式塔的研究，逐渐对塔进行结构和技术操作上的改造，让塔的效率和制造成本得到了降低，同时，更加新型的塔设备也在孕育之中。
1.2 本文涉及的内容、目的以及意义 1.2.1 本文涉及的内容
本文主要内容是对乙醇-水分离设备—浮阀塔的设计。在已知的条件和数据之下，计算塔高、壁厚，然后进行各种校核：风载荷校核、地震载荷校核、筒体应力校核、补强等。对塔盘的设计和计算式非常关键的一步，也是整个塔设计中最复杂的一步。最后是选择标准件，比如吊住，除沫器等等，根据已有的标准进行选择，最后进行塔体的整合，形成完整的浮阀塔。 1.2.2 本文的目的
通过对塔设备的涉及，对《过程装备设计》课程有更加深入的理解和认知，同时也将课堂知识运用到实际设计问题中来。
1.2.3 本文的意义
化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。
在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R 等直接关系到生产过程的经济问题。
第2章 概述
2.1 设计概述
整个设计过程大略如下：全塔高H 估算——塔顶空间高度H D 计算——塔釜空间高度H B 计算——加料板板间距H F ，计算——人孔布置——筒体、封头厚度计算——质量载荷分析——自振周期计算——风载荷与风弯矩计算——地震载荷与地震弯矩计算——筒体强度与稳定性校核——基础环设计——地脚螺栓设计——各种补强。通过“计算、校核”两大核心步骤，让所有部件都得到相应的计算，标准件直接选取。 2.2 设计选材
2.3 本章小结
塔设计的过程其实在已有的资料中已经非常详细了，但是每每在自己做的过程中却会出现这样那样的小错误，比如字母标号，公式混杂，符号混淆等等。还有个重要问题就是，在处理数据的时候会用到很多的标准，即便能查到这些标准，但是不确定标准是不是最新的。
kg
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3
3
2
2
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第4章 塔设备附件选择及计算
4.1塔附件数据汇总[9]
4.2 自身梁式塔盘板设计计算[10
结论
此次课程设计我们主要的任务是对他设备的各个部件进行设计和校核，在结构上，我们分别对塔盘结构，塔体空间，人孔数量及位置，仪表接管选择，工艺接管管径计算等方面的设计，在校核方面，分别对其强度，刚度，稳定性进行了校核，在制图方面，我们分别绘制了塔设备的装配图和零件图。
我们的设计计算步骤大致分为三部分：(1)根据GB150规定，通过已知条件，按计算压力确定塔体圆筒及封头的有效厚度。（2）根据地震载荷和风压载荷计算的需要，选取若干截面（包括所有危险截面），并考虑制造的、运输、安装的要求，设定各截面处的有效厚度。（3）按照规定依次对各个方面进行校核计算并满足相应的要求。
通过这次课程设计，让我们学到了很多东西，让以前在在课堂上学习到的很多理论知识得到了实践性的操作，也让我体会到了团队合作的重要性。此次塔设备的设计有我们小组负责，让我们感受到了设计方面工作的所存在的难度。课程设计教给我很多东西，让我初步感受到了作为一个工程师该做的事情，必将影响我以后的学习方法。工程实际，将就的就是实际应用，也只有将学到的知识好好运用，才能达到学习的目的。
参考文献
[1] GB150-2010《固定式压力容器》 [2]GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》 [3]JB4710-2005《钢制塔式容器》 [4]GB/T25198-2010《压力容器封头》 [5]《抗震规范》2010 [6]GB799-1988《地脚螺栓》
[7]GB/T8163-2008《输送流体用无缝钢管》 [8]JB/T4736-2002《补强圈》
[9]方书起. 化工设备课程设计指导书. 北京：化学工业出版社，2010.8 [10] 秀林，王者. 塔设备. 北京：化学工业出版社，2004
[11]郑津洋，桑芝富，董其伍. 过程设备设计. 北京：化学工业出版社，2010.6
谢辞
首先非常感谢老师的指导, 能够让我顺利完成此次课程设计.
其次感谢我的同学、朋友们给予我的帮助。作为一名设计者，我深深感觉到自身的不足，尤其是设计上的不足，很多方面需要同学们的帮助才能够顺利完成！
经过这次课程设计所收获的东西实在是太多。书本上的知识足够多，但是如果仅仅记住了公式而不是在实践中掌握知识的应用，那这样的知识永远都是别人的而不会真正属于自己。记住公式容易，但应用却难，这是本次课程设计给我最大的感受。
同时，文献的参考查阅给我上了一堂十分实用的课程。必定会有很多计算方法，但是你要根据你自己的需要来选择最好的。
总之，课程设计教给我很多东西，让我初步感受到了作为一个工程师该做的事情，必将影响我以后的学习方法。工程实际，将就的就是实际应用，也只有将学到的知识好好运用，才能达到学习的目的。
山东大学
课程设计（说明书）
设计(论文) 题目：
乙醇-水连续精馏浮阀塔设计说明书
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姓名
学院机械工程学院 专业过程装备与控制工程 年级 2009级过控班 指导教师唐委校宋清华
2013年1月15日
山东大学课程设计（论文）成绩评定表
学院：机械工程学院专业：过程装备与控制工程年级：09级
目录
摘要 ............................................................................................................................................................................ I Abstract . ...................................................................................................................................................................... I 第1章浮阀塔国内外研究现状及应用 ................................................................................................................... 1
1.1 浮阀塔研究现状 .................................................................................................................................... 1
1.1.1 应用领域和应用现状 ..................................................................................................................... 1
1.1.2 国内外研究现状 ............................................................................................................................. 1
1.2 本文涉及的内容、目的以及意义 ........................................................................................................ 1
1.2.1 本文涉及的内容 ............................................................................................................................. 1 1.2.2 本文的目的 ..................................................................................................................................... 1 1.2.3 本文的意义 ..................................................................................................................................... 2
第2章概述 ............................................................................................................................................................... 4
2.1 设计概述 ................................................................................................................................................ 4 2.2 设计选材 ................................................................................................................................................ 4 2.3 本章小结 ................................................................................................................................................ 4
3.1总体形式 ............................................................................................................................................................. 5 第3章校核计算 ....................................................................................................................................................... 5
3.1总体形式 ................................................................................................................................................. 5 3.2塔体结构设计 ......................................................................................................................................... 5
3.2.1全塔高H 估算 . ................................................................................................................................. 5 3.2.2筒体、封头厚度 .............................................................................................................................. 6 3.2.3载荷分析 .......................................................................................................................................... 7 3.2.4 筒体强度与稳定性校核 ............................................................................................................... 13 3.2.5 筒体压力试验时的强度与稳定性校核 ....................................................................................... 13
3.3裙座的强度与稳定性校核 ................................................................................................................... 14
3.3.1裙座筒体应力校核 ........................................................................................................................ 14 3.3.2基础环设计 .................................................................................................................................... 15 3.3.3地脚螺栓设计 ................................................................................................................................ 16 3.3.4筋板 ................................................................................................................................................ 17 3.3.5盖板（环形盖板加垫板结构） .................................................................................................... 17 3.3.6裙座与塔壳对接焊缝校核 ............................................................................................................ 18
3.4开孔与开孔补强设计 ........................................................................................................................... 18
3.4.1气体出口补强设计 ........................................................................................................................ 19 3.4.2气体入口补强设计 ........................................................................................................................ 20 3.4.3 液体出口补强设计 ....................................................................................................................... 22 3.4.4人孔补强 ........................................................................................................................................ 23
第4章塔设备附件选择及计算 ............................................................................................................................. 25
4.1塔附件数据汇总 ................................................................................................................................... 25 4.2 自身梁式塔盘板设计计算 .................................................................................................................. 25
4.2.1 塔盘及其尺寸选择如图 ............................................................................... 错误！未定义书签。 4.2.2 塔盘的设计载荷 ........................................................................................................................... 26 4.2.3塔盘板自身梁校核 ........................................................................................................................ 26
摘要
筛板塔是传质过程常用的塔设备，在化工，石油，能源等行业的应用中处于板式塔应用的重要地位。本次论文以介质的性质、温度和压强，以及公称直径和当地自然环境为设计条件，综合考虑各方面的因素选定板式筛板塔，具体步骤主要包括壳体、封头壁厚的设计与较核，基础环板，裙座等零部件的设计 关键词：精馏; 吸收; 浮阀塔; 塔板;
Abstract
The plate column is an equipment in which liquid and mass contacted with each other and transferred progressively. Several layers of horizontal tower plate are placed in a cylindrical shell at a certain distance. There are many sieves on the tower plates. Each layer of the tower plate is equipped with a down comer. Gas and liquid phases contact with each other gradually within the tower plates. The composition of the two phases goes through a ladder-type change along the tower. As the gas velocity in the empty tower of the plate tower is high, the plate tower has large production capacity, stable power, low cost and is easy to maintain and clean.
Keyword ：distillation;absorption;float valve column;column plates;
第1章 浮阀塔国内外研究现状及应用
1.1 浮阀塔研究现状 1.1.1 应用领域和应用现状
浮阀塔是20世纪50年代开发的一种新塔型，其特点是在筛板塔基础上，在每个筛孔除安装一个可上下移动的阀片。当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，空速低时，阀片因自身重而下降。阀片升降位置随气流量大小自动调节，从而使进入夜层的气速基本稳定。又因气体在阀片下侧水平方向进入液层，既减少液沫夹带量，又延长气液接触时间，故收到很好的传质效果。浮阀塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。 1.1.2 国内外研究现状
浮阀塔作为化工、炼油行业中广泛应用的塔型之一，得到全世界的认可。无论是中国还是国外，大型化工行业都对浮阀塔做了很多的研究。随着对浮阀塔等一系列板式塔的研究，逐渐对塔进行结构和技术操作上的改造，让塔的效率和制造成本得到了降低，同时，更加新型的塔设备也在孕育之中。
1.2 本文涉及的内容、目的以及意义 1.2.1 本文涉及的内容
本文主要内容是对乙醇-水分离设备—浮阀塔的设计。在已知的条件和数据之下，计算塔高、壁厚，然后进行各种校核：风载荷校核、地震载荷校核、筒体应力校核、补强等。对塔盘的设计和计算式非常关键的一步，也是整个塔设计中最复杂的一步。最后是选择标准件，比如吊住，除沫器等等，根据已有的标准进行选择，最后进行塔体的整合，形成完整的浮阀塔。 1.2.2 本文的目的
通过对塔设备的涉及，对《过程装备设计》课程有更加深入的理解和认知，同时也将课堂知识运用到实际设计问题中来。
1.2.3 本文的意义
化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。
在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R 等直接关系到生产过程的经济问题。
第2章 概述
2.1 设计概述
整个设计过程大略如下：全塔高H 估算——塔顶空间高度H D 计算——塔釜空间高度H B 计算——加料板板间距H F ，计算——人孔布置——筒体、封头厚度计算——质量载荷分析——自振周期计算——风载荷与风弯矩计算——地震载荷与地震弯矩计算——筒体强度与稳定性校核——基础环设计——地脚螺栓设计——各种补强。通过“计算、校核”两大核心步骤，让所有部件都得到相应的计算，标准件直接选取。 2.2 设计选材
2.3 本章小结
塔设计的过程其实在已有的资料中已经非常详细了，但是每每在自己做的过程中却会出现这样那样的小错误，比如字母标号，公式混杂，符号混淆等等。还有个重要问题就是，在处理数据的时候会用到很多的标准，即便能查到这些标准，但是不确定标准是不是最新的。
kg
m
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3
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2
第4章 塔设备附件选择及计算
4.1塔附件数据汇总[9]
4.2 自身梁式塔盘板设计计算[10
结论
此次课程设计我们主要的任务是对他设备的各个部件进行设计和校核，在结构上，我们分别对塔盘结构，塔体空间，人孔数量及位置，仪表接管选择，工艺接管管径计算等方面的设计，在校核方面，分别对其强度，刚度，稳定性进行了校核，在制图方面，我们分别绘制了塔设备的装配图和零件图。
我们的设计计算步骤大致分为三部分：(1)根据GB150规定，通过已知条件，按计算压力确定塔体圆筒及封头的有效厚度。（2）根据地震载荷和风压载荷计算的需要，选取若干截面（包括所有危险截面），并考虑制造的、运输、安装的要求，设定各截面处的有效厚度。（3）按照规定依次对各个方面进行校核计算并满足相应的要求。
通过这次课程设计，让我们学到了很多东西，让以前在在课堂上学习到的很多理论知识得到了实践性的操作，也让我体会到了团队合作的重要性。此次塔设备的设计有我们小组负责，让我们感受到了设计方面工作的所存在的难度。课程设计教给我很多东西，让我初步感受到了作为一个工程师该做的事情，必将影响我以后的学习方法。工程实际，将就的就是实际应用，也只有将学到的知识好好运用，才能达到学习的目的。
参考文献
[1] GB150-2010《固定式压力容器》 [2]GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》 [3]JB4710-2005《钢制塔式容器》 [4]GB/T25198-2010《压力容器封头》 [5]《抗震规范》2010 [6]GB799-1988《地脚螺栓》
[7]GB/T8163-2008《输送流体用无缝钢管》 [8]JB/T4736-2002《补强圈》
[9]方书起. 化工设备课程设计指导书. 北京：化学工业出版社，2010.8 [10] 秀林，王者. 塔设备. 北京：化学工业出版社，2004
[11]郑津洋，桑芝富，董其伍. 过程设备设计. 北京：化学工业出版社，2010.6
谢辞
首先非常感谢老师的指导, 能够让我顺利完成此次课程设计.
其次感谢我的同学、朋友们给予我的帮助。作为一名设计者，我深深感觉到自身的不足，尤其是设计上的不足，很多方面需要同学们的帮助才能够顺利完成！
经过这次课程设计所收获的东西实在是太多。书本上的知识足够多，但是如果仅仅记住了公式而不是在实践中掌握知识的应用，那这样的知识永远都是别人的而不会真正属于自己。记住公式容易，但应用却难，这是本次课程设计给我最大的感受。
同时，文献的参考查阅给我上了一堂十分实用的课程。必定会有很多计算方法，但是你要根据你自己的需要来选择最好的。
总之，课程设计教给我很多东西，让我初步感受到了作为一个工程师该做的事情，必将影响我以后的学习方法。工程实际，将就的就是实际应用，也只有将学到的知识好好运用，才能达到学习的目的。