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1.3 课题分析
精馏塔是精馏分离的关键装备，精馏是在汽—液两相(汽—液—液)逐级(连续)流动和接触时进行穿越界面的质量和热量传递，并实现混合物分离纯化的化工单元操作过程。在操作温度一定的情况下，提高操作压力，可以提高塔的生产能力[2]。通过分析课题设计条件和工艺上的可行性，以及被处理物料的性质、操作条件，我设计的分馏塔决定采用板式塔中的浮阀塔结构。浮阀塔是20世纪50年代前后开发和应用的，并在石油、化工等工业部门代替了传统使用的泡罩塔，成为当今应用最广泛的塔型之一，并因具有优异的综合性能，在设计和选用塔型时常是被首选的板式塔。浮阀塔具有塔板开孔率大，生产能力大、操作弹性大、塔板效率高、塔板结构及安装简单，重量轻，制造费用低等优点[2]。
塔设备的总体结构是由塔体、内件、支座及附件等主要结构组成。塔体由筒身和上下封头组成。此次设计的精馏塔，塔高32240mm，为大型塔设备，为了节省材料，筒身采用等直径的圆筒体形式，考虑制造和装配时的容易度，上下封头均采用标准椭圆形封头。塔设备为高大直立容器，重量较大，为保证其足够的强度及刚度，采用裙座式支撑，裙座形式有两种，一种是圆筒形裙座，另一种是圆锥型裙座，在设计中选择了圆筒型裙座。另外附件包括人孔、手孔、各种工艺接管、操作平台、吊柱以及扶梯等。
因为精馏塔安装在室外，塔体除了承受一定的操作压力、温度外，还要考虑风载荷、地震载荷、偏心载荷等。此外还要满足在试压、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要求。设计时还需对塔设备进行强度、刚度和稳定性的校核计算。再由设计温度，设计压力选择合适的材料；按设计压力计算塔体和封头壁厚；精馏塔的质量载荷计算；风载荷与地震载荷计算、偏心载荷计算；各种载荷引起的轴向应力；塔体水压试验和吊装时的应力校核；地脚螺栓数量及强度计算等。以确保设计的精馏塔的可用性和实用性[4]。
塔设备设计包括工艺条件和机械条件两方面。本设计是在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行结构设计、材料选择、部件设计选用、塔体强度及稳定性计算。
2 材料选择与结构设计
2.1 塔体设计
2.1.1 圆筒与封头的材料选择
塔体是塔设备的外壳，由等直径和等壁厚的圆筒和两个封头组成，塔体除满足工艺条件下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、偏心载荷的强度和刚度问题，以及吊装、运输、检验、开停工作等的影响[3]。本设备设计压力为0.29MPa,设计温度为340℃，介质为汽油[5]。根据该设计条件、材料的焊接性能、加工工艺性能以及经济合理性，在符合GB 150.1~150.4-2011《压力容器》和《HG20581-1998钢制化工容器材料选用规定》的规定下，所供选择的主要有Q345R和Q-235等，由于Q345R的屈服极限较Q-235高30%-40%，而价格只贵10%，所以选用Q345R钢板做为圆筒和封头材料。Q345R是普通低合金钢，作为压力容器的专用钢板，它也是中国压力容器行业使用量最多的钢板，具有良好的综合力学性能和制造工艺性能，主要用于制造中低压压力容器和多层高压容器[6]。
查标准GB 150.1~150.4-2011《压力容器》得Q345R材料在设计温度340℃下的许用应力 ， ， 。
2.1.2 圆筒壁厚的计算
该容器中的焊接采用双面焊对接接头，且焊缝局部无损检测，通过查阅GB 150.1~150.4-2011《压力容器》中相关焊接接头系数的规定可知，双面焊对接接头在局部无损检测时取焊接接头系数Φ=0.85。
按照GB 150.1~150.4-2011《压力容器》关于压力容器的规定，为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，应考虑腐蚀裕量，具体规定如下：对有腐蚀或磨损的元件，应根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量；容器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量；综合各方面条件本设计腐蚀裕量选取C2=2mm。在设计温度为340℃，设计压力为0.29Mpa，主要受到的是内压的作用[7]。