精馏塔设计之二：结构设计

arben

通过ASPEN的计算，我们已经把操作压力、操作温度、产品流量及组成、回流比、板间距、塔板数、塔径和塔板的结构等工艺参数都已经确定下来了。但是除过工艺设计以外，精馏塔的设计还应包含塔结构和强度的设计，比如筒体的厚度，人孔的个数和开孔位置，接管口尺寸和位置，裙座的结构等附件。 这节我们就把这些附件组装到精馏塔的结构上。 在设计精馏塔的结构之前，我们需要提供塔器的设计条件——UDS，User's Design Specification，按照《GB150》的要求，设计条件至少应该包括一下内容：

1. 容器设计所依据的主要标准和规范；
2. 操作参数（包括工作压力、工作温度范围、液位高度、接管载荷等）；
3. 压力容器使用地及其自然条件（包括环境温度、抗震设防烈度、风和雪载荷等）；
4. 介质组分与特性；
5. 预期使用年限；
6. 几何参数和管口方位；
7. 设计需要的其他必要条件。

• 容器设计所依据的主要标准和规范

现在我们设计所依据的主要标准有这样几个

《GB150 1~4 压力容器》；

《NBT 2047041-2014 塔式容器》以及《NBT 2047041-2014 塔式容器标准释义与算例》；

《TSG R0004-2009 固定式压力容器安全技术监察规程》。

还有其他标准件如人孔、裙座、接管、法兰、视镜等的标准件。

• 操作参数

在工艺设计设计阶段，相应的工艺参数都已经计算完成，

塔内分两段，上段CS-1的参数为 进料口以下提馏段参数为：

• 压力容器使用地及其自然条件

使用地自然条件包括基本风压、雪压、地震级别和场地类型等。假设我们的设备就建在渭南师范学院吧，但我网上没有找到渭南的风压、雪压值，只能参照西安的数据了：

五十年一遇的最大风压为350N/m2, 雪压为250N/m2。 按照抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g，地震分组为第二组；场地土类型为III类，底面粗糙度为B类。

• 介质组分与特性

设计单位的职责：

（1）设计单位应该对设计文件的正确性和完整性负责；

（2）设计文件至少包括强度计算书、设计图样、制造技术条件、风险评估报告，必要时包括安装和使用维修说明；

（3）《固定式压力容器安全技术监察规程》管辖范围内压力容器的设计总图应盖有特种设备设计许可印章；

（4）向用户出具的风险评估报告应符合附录F的要去；

（5）在容器的使用年限内保存全部容器设计文件。

• 设计的一般规定

1. 应考虑在使用中可能出现的所有失效模式，提出防止失效的措施。容器受压元件的强度、刚度和稳定性计算按照GB150.3或规范性引用文件中的规定。

2. 载荷

设计时应考虑以下载荷：

（1）内压、外压或最大压差；

（2）液柱静压力，当液柱静压力小于设计压力的5%时，可忽略不计；

必要时还应考虑下列载荷：

（3）容器的自重（包括内件和填料等），以及正常工作条件下活耐压试验条件下的内装介质的重力载荷；

（4）附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；

（5）风载荷、地震载荷、雪载荷；

（6）支座、底座圈、支耳以及其他型式支撑件的反作用力；

（7）连接管道及其他部件的作用力；

（8）温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力；

（9）冲击载荷、包括压力急剧波动引起的冲击载荷、流体冲击引起的反力等；

（10）运输或吊装时的作用力。

• 确定设计压力或计算压力时，应考虑

（a）容器上装有超压泄放装置时，应按附录B的规定确定设计压力。（C3/C3分离塔应该装有超压泄放装置吧，毕竟这是在加压条件下操作，属于液化气体类的容器）。

（b）对于盛装液化气体的容器，如果具有可靠的保冷设施，在规定的装量系数范围内设计压力应根据工作条件下的容器内介质可能达到的最高温度确定。（这里所能达到的最高温度应该是加热蒸汽的温度吧？）

（c）确定真空容器的壳体厚度时，设计压力按承受外压考虑；当装有安全控制装置（如真空泄放阀）时，设计压力取1.25倍的最大内外压力差或0.1MPa两者中的低值；当无安全控制装置时，取0.1MPa。

这里是加压精馏，所以不用考虑该项。

• 设计温度的确定

（a）设计温度不得低于元件金属在共走状态下可能达到的最高温度。对于0°C以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。

（b）容器各部分在工作状态下金属温度不同时，可分别设定每部分的设计温度。

（c）元件的金属温度可通过：（1）传热计算求得；（2）在已使用同类容器上测定；（3）根据内部介质结合外部条件确定。

塔底温度为50°C，塔底温度为103°，采用120°C蒸汽加热，最高温度也就是120°C了，所以设计温度确定为120°C。