二甲苯装置芳烃再蒸馏塔设计+CAD图纸(5)
2材料的选择和结构设计
本次塔设计的塔体部分主要是由内压圆筒与上下两个封头组成。其中圆筒分为单层式和组合式。根据设计任务书中所给的原始数据，设计温度270℃，设计压力为0.4MPa，并没有其它的特殊要求，故选择单层式的圆筒结构设计。
2.1 材料选择：
根据设计温度270℃，设计压力为0.4MPa，查取GB150-2011，得到两种可供选用的材料，Q245R,Q345R[8]。
Q245R为碳素钢，是在20钢基础上发展起来的，主要对硫，磷等有害的元素的控制更加严格，对钢材的表面质量和内部缺陷控制的要求也比较高。碳素钢强度较低，塑性和可焊性较好，价格低廉，故常用于常压或中、低压容器的制造，也可用于支座、垫板等零部件的材料。
Q345R为低合金钢，是在碳素钢的基础上加入少量合金元素的合金钢，合金钢在热轧和热处理状态下除具有高的强度外，还具有优良的韧性、焊接性能、成形性能和耐腐蚀性能。采用低合金钢，不仅可以减小容器的厚度，减轻重量，节约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运输、安装中因厚度太大所带来的各种困难。Q345R是屈服强度为340MPa级的压力容器专用钢板，它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[9]。
2.2 根据设计压力和静液柱压力确定计算压力：
塔内液柱高度h仅考虑塔底至液封盘液面高度：h=4.5m
静液柱压力为：p=ρgh=875×9.8×4.5=38587.5pa=0.0385875MPa
因为静液柱压力大于设计压力的5%，故计算压力p_c=P+p=0.4+0.03=0.43MPa
根据GB150-2011，表4-2，Q245R，在T=300℃时，材料的许用应力[σ]t=108MPa, σb=400MPa, σs=245MPa。选择双面对焊接头，100%无损检测，选择φ=1.00。
0.4[σ]tφ=0.4X108X1=43.2MPa>Pc Pc符合使用范围
钢板厚度偏差C1=0.25mm，腐蚀余量C2=4mm，则厚度附加量C= C1+ C2=4.25mm。
筒体的计算厚度为：
δ=(p_c D_i)/(2[σ]tφ-p_c )=(0.43×2000)/(2×108×1-0.43)=3.98mm （2.1）
筒体的名义厚度：δ_n=δ+C=3.98+4.25=8.23向上圆整后，δ_n=10mm检查，当δ_n=10mm时，[σ]t没有变化，所以取名义厚度δ_n=10mm。
2.3 设计温度下，圆通的计算应力：
σ^t=(p_c (D_i+δ_e))/(2δ_e )
筒体的有效厚度：δ_e=δ_n-C=10-4.25=5.75mm
σ^t=(p_c (D_i+δ_e))/(2δ_e )=(0.43×（2000+5.75）)/(2×5.75)=74.99
（2.2）
满足σ^t≤[σ]^t∅=108MPa。
2.4 Q245R与Q345R比较：
在T=300℃，Q345R材料的许用应力[σ]t=153MPa，σb=510MPa, σs=345MPa。选双面对焊接头100%无损检测：φ=1.00。钢板厚度负偏差C1=0.25mm，腐蚀余量C2=3mm，厚度附加量C=C1+C2=3.25mm。筒体的计算厚度为：
δ=(p_c D_i)/(2[σ]tφ-p_c )=(0.43×2000)/(2×153×1-0.43)=2.81mm
（2.3）
筒体的名义厚度：δ_n=δ+C=2.81+3.25=6.06mm，向上圆整后，δ_n=8mm。
检查：当δ_n=8mm时，[σ]t没有变化，所以取名义厚度δ_n=8mm。
筒体的有效厚度：δ_e=δ_n-C=8-3.25=4.75mm。
筒体的计算应力为
σ^t=(p_c (D_i+δ_e))/(2δ_e )=(0.43×（2000+4.75）)/(2×4.75)=90.74MPa
（2.4）
满足σ^t≤[σ]^t∅=153MPa。