论文总字数：24855字

摘 要

塔设备是一种重要的单元操作设备，吸附塔作为塔设备中的一种，近年来在石油化工、炼油、食品、医药等工业部门被普遍使用。作为一种易疲劳压力容器，我们国家对于吸附塔的制造与检测都有很高的要求。定期对设备进行维修与检测对于安全事故的避免具有十分重要的意义。

本文设计了一台用于实现甲醇转化的吸附塔设备。在总结相关文献的基础上，根据GB/T150《压力容器》、JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》等标准要求完成了结构设计、强度计算和疲劳分析。运用SW6软件分别对筒体、封头、接管等吸附塔零部件进行强度及稳定性校核，校核结果表明，本课题设计的塔设备能够满足强度和疲劳分析的强度条件。根据设备结构特点、尺寸大小，应用软件绘制吸附塔装置总图和分布器、裙座、法兰等部位的零件图。最后，通过对该吸附塔设备的工艺装置投资估算，实现经济分析与评价。

关键词：吸附塔 甲醇转化 强度计算 疲劳分析

Design of 700N/h Methanol Conversion Adsorption Tower

Abstract

Tower equipment is an important unit operating equipment. Adsorption tower, as one of the tower equipment, has been widely used in petrochemical, oil refining, food, pharmaceutical and other industrial sectors in recent years. As a pressure vessel prone to fatigue, our country has high requirements for the manufacture and detection of adsorption tower. Regular maintenance and testing of the equipment is of great significance to the prevention of safety accidents.

An adsorption tower for methanol conversion was designed in this paper. On the basis of summarizing relevant literature, the structural design, strength calculation and fatigue analysis were completed according to the requirements of GB/T150 pressure vessel and JB4732 steel pressure vessel — standard for analysis and design. The SW6 was used to check the strength and stability of the adsorption tower parts such as the barrel, the head and the connection. The checking results showed that the tower equipment designed in this subject could meet the strength conditions of the strength and fatigue analysis. According to the structure characteristics and size of the equipment, the general drawing of the adsorption tower device and the part drawing of distributor, skirt and flange were drawn by software. Finally, the economic analysis and evaluation are completed by estimating the investment in the process equipment of the adsorption tower.

Keywords：Adsorption tower; Methanol conversion; Strength calculation; Fatigue analysis

目录

第一章 绪论 1

1.1 吸附塔的研究目的 1

1.2 吸附塔的相关国内外研究 1

1.2.1 相关国内研究 1

1.2.2 相关国外研究 2

1.3 本课题研究的具体内容 3

1.3.1 结构设计与强度计算 3

1.3.2 吸附塔的应力分析及疲劳分析 3

1.3.3 施工图设计 3

第二章 吸附塔的结构设计 5

2.1 设备基本参数及设备结构简图 5

2.1.1 结构简图 5

2.1.2 基本设计参数 5

2.2 计算条件 6

2.2.1 载荷条件 6

2.2.2 材料相关参数 7

2.3 确定主要部件理论壁厚 7

2.3.1 筒体上封头 7

2.3.2 筒体 8

2.3.3 筒体下封头 8

2.3.4 各部件几何尺寸 9

第三章 吸附塔的强度校核 11

3.1 筒体 11

3.2 筒体上封头 11

3.3 筒体下封头 11

3.4 各接管总体薄膜应力校核 11

3.4.1 接管A1 11

3.4.2 接管A2 12

3.4.3 接管B1 12

3.5 液压试验下的强度校核 12

3.6 筒体外压校核 12

3.7 裙座校核 14

第四章 吸附塔的有限元应力分析及疲劳分析 25

4.1 结构分析 25

4.2 有限元应力分析 26

4.2.1加载情况 26

4.2.2 分析结果 27

4.2.3 应力强度评定 29

4.2.4 结论 30

4.3 疲劳分析 30

4.3.1 设备疲劳强度评定 30

4.3.2 手孔螺柱的疲劳评定 31

第五章 经济分析与评价 33

5.1 吸附塔经济性评价 33

5.1.1 材料的选择 33

5.1.2 强度计算 33

5.2吸附塔装置的投资估算 33

5.2.1 设备费的估算 33

5.2.2 总投资估算 33

参考文献 34

致谢 37

第一章 绪论

1.1 吸附塔的研究目的

在过程设备中，塔设备是不可或缺的。它不仅在各行各业有着广泛的应用，而且给人们的生产和生活带来了很多积极影响。塔设备的种类有很多，在工业上，主要应用吸附塔来完成吸收这一单元操作。在吸附塔内，通过气相与液相的充分地接触，一部分气体与液相相溶，其余气体与之分离后从塔顶排出，从而实现物质和热量的传递。

变压吸附是一种分离净化气体混合物的技术，具有产品纯度高、自动化程度高和操作与维护简便等优点^[1～3]。在此工艺中，每个吸附塔在一个循环周期内都要经历吸附、降压、升压、终升四个环节^[4]。由于压力频繁交替变化，介质特性为易燃、易爆，毒性危害为中度，属于易疲劳破坏设备，所以我们国家对吸附塔的制造和检测都提出了较高的要求。

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