塔设备机械设计说明

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1、 第一章 绪论 1.1 塔设备概述 塔设备是石油 、化工 、轻工等各工业生产中仅次与换热设备 的常见设备 。在上述各工业生产过程中 ，常常需要将原料中间产 物或粗产品中的各个组成部分 （称为组分 ）分离出来作为产品或 作为进一步生产的精制原料 ，如石油的分离 、 粗酒精的提纯等 。 这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程 ，有时还伴有传 热和化学反应过程 。 传质过程是化学工程中一个重要的基本过 程，通常采用蒸馏 、吸收、萃取。以及吸附 、离子交换、干燥等 方法。相对应的设备又可称为蒸馏塔 、吸收塔、萃取塔等 。 在塔设备中所进行的工艺过程虽然各不相同 ，但从传质的必 要条件看 ，都要求在

2、塔内有足够的时间和足够的空间进行接触 ， 同时为提高传质效果 ， 必须使物料的接触尽可能的密切 ，接触面 积尽可能大 。为此常在塔内设置各种结构形式的内件 ，以把气体 和液体物料分散成许多细小的气泡和液滴 。根据塔内的内件的不 同 ，可将塔设备分为填料塔和板式塔 。 在板式塔中 ，塔内装有一定数量的塔盘 ，气体自塔底向上以鼓泡 喷射的形式穿过塔盘上的液层 ，使两相密切接触 ，进行传质 。两 相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化 。 不论是填料塔还是板式塔 ，从设备设计角度看 ，其基本结构 可以概括为 ： （1）塔体，包括圆筒 、端盖和联接法兰等 ； （2）内件， 指塔盘或填料及其支承装置 ； （3）

3、支座， 一般为裙式支座 ； （4）附件，包括人孔 、进出料接管 、各类仪表接管 、 液体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、平台、保温层等。 塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆 筒及上、下参考材料 椭圆形封头所组成。随着装置的大型化，为了节省材 料，也有用不等直径、不等壁厚的塔体。塔体除应满足工艺条件 下的强度要求外，还应校核风力、地震、偏心等载荷作用下的强 度和刚度，以及水压试验、吊装、运输、开停车情况下的强度和 刚度。另外对塔体安装的不垂直度和弯曲度也有一定的要求 。 支座是塔体的支承并与基础连接的部分，一般采用裙座。其 高度视附属设备（如再沸器、泵等）及管道布置而定。它承

4、受各 种情况下的全塔重量，以及风力、地震等载荷，因此，应有足够 的强度和刚度。 塔设备强度计算的主要的内容是塔体和支座的强度和刚度计 算。 化工生产对塔设备的基本要求 塔设备设计除应满足工艺要求外，尚需考虑下列基本要求： （1） 气、液处理量大，接触充分，效率高，流体流动阻力 小。 （2） 操作弹性大，即当塔的负荷变动大时，塔的操作仍然 稳定，效率变化不大，且塔设备能长期稳定运行。 （3） 结构简单可靠，制造安装容易，成本低。 （4） 不易堵塞，易于操作、调试及检修。 1.2 板式塔 板式塔具有物料处理量大，重量轻，清理检修方便，操作稳 定性好等优点，且便于满足工艺上的特殊要求，如中间加热或或

5、 冷却、多段取出不同馏分、液化气”较大等。但板式塔的结构复 杂，成本较高。由于板式塔良好的操作的性能和成熟的使用经 验，目前在化工生产的塔设备中，占有很大比例，广泛用于蒸 馏、吸收等传质过程。 板式塔内部装有塔盘，塔体上有进料口、产品抽出口以及回 流口等。此外，还有很多附属装置，如除沫器、入手孔、支座、 扶梯平台等。 一般各层塔盘结构是相同的，只有最高一层、最低一层和进 料层的结构和塔盘间距有所不同。最高一层塔盘和塔顶之间，要 有一定的距离，以便能良好的除沫。有时，在该段上还装有除沫 器。最低一层塔盘到塔顶的距离一般也高于塔盘间距离，因为塔 底空间起着贮槽作用，以保证液体有足够的贮存，使塔底液

6、体不 致流空。塔底大多是直接通入从塔外再沸器来的蒸汽，有时则以 列管或蛇管将塔底的液体加热汽化。进料塔盘的间距也比较高。 对于急剧汽化的参考材料 料液在进料塔底上须装上挡板、衬板或除沫器， 此时进料塔盘间距还得更高一些。此外，开有人孔的塔盘间距也 较大，一般为700mm。 为了塔体的保温，在塔体上有时焊有保温材料的支承圈。为 检修方便，有时还在塔顶装有可转动的吊柱。 可见，板式塔与填料塔的区别仅在于内部结构不同。对于板 式塔来说，内部的主要结构是塔盘结构，包括塔板、降液管及受 液盘、溢流堰、紧固件和支撑件等。 1.3 浮阀塔 浮阀塔从五十年代起已大量应用于工业生产用以完成加压 、 常压、减压下

7、的精馏、吸收、解析等过程。大型浮阀塔的塔径可 达10m，塔高达83m，塔板有数百块之多。 浮阀塔的塔板上，按一定中心距开阀孔，阀孔里装有可以升 降的阀片。 浮阀能随着气速的增减在相当宽的气速范围内自由升降 ，以 保持稳定操作。因此浮阀塔能在较宽的流量范围内保持高效率 ， 其操作弹性比筛板、泡罩和舌形塔盘大得多；由于气液接触状态 良好，且蒸汽以水平方向吹入液层，故雾沫夹带较少，塔板效率 比泡罩塔高15%左右；由于气流通过浮阀只有一次收缩、扩大 及转弯，故单板压力降比泡罩塔低；浮阀形状简单，液面落差 小；由于阀盘大多用不锈钢制造，加之浮阀不停的浮动，所以不 易积垢堵塞，故操作周期较泡罩塔长，清理也

8、节省时间；另外。 其结构比较简单，安装容易，制造费仅为泡罩塔的60%80%， （但为筛板塔的120%130% ）。 1.4 原油的分馏 石油是由超过8000种不同分子大小的碳氢化合物 （及少量 硫化合物）所组成的混合物。石油在使用前必须经过加工处理， 才能制成适合各种用途的石油产品。常见的处理方法为分馏法， 利用分子大小不同，沸点不同的原理，将石油中的碳氢化合物予 以分离，再以化学处理方法提高产品的价值。工业上先将石油加 热至400 C 500 C之间，使其变成蒸气后输进分馏塔。在分馏 塔中，位置愈高，温度愈低。石油蒸气在上升途中会逐步液化， 冷却及凝结成液体馏分。分子较小、沸点较低的气态馏分

9、则慢慢 地沿塔上升，在参考材料 塔的高层凝结，例如燃料气、液化石油气、轻 油、煤油等。分子较大、沸点较高的液态馏分在塔底凝结，例 如柴油、润滑油及蜡等。在塔底留下的黏滞残余物为沥青及重 油，可作为焦化和制取沥青的原料或作为锅炉燃料 。不同馏分在 各层收集起来，经过导管输离分馏塔。这些分馏产物便是石油化 学原料，可再制成许多的化学品。 1.5 设计任务和思想 1.5.1. 设计任务 设计课题为浮阀塔，设计包括结构设计和强度设计。结构设计需 要选择适用合理、经济的结构形式，同时满足制造、检修、装 配、运输和维修等要求；而强度计算的内容包括浮阀塔的材料， 确定壁厚和要结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性

10、等要求。 1.5.2 .设计思想 尽可能采用先进的技术、国家与行业标准，使生产达到技术 先进，经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原 则，具体有如下几点： 1） 根据GB150-1998钢制压力容器和GB151-1999管壳 式浮阀塔等国家标准为基础进行设计。 2） 满足工艺和操作要求，所设计出来的流程和设备能保证 得到质量稳定的产品， 设计的流程与设备需要一定的操作弹性， 可方便地进行流量的调节。 3） 满足经济上的要求，考虑省热能和电能的消耗，设备投 资与运行费用，设计时要全面考虑，力求总费用尽可能低一些。 4） 保证生产安全，保证浮阀塔具有一定的刚度和强度。设 计中根据设计压力

11、确定壁厚，再校核其他零件的强度，进行水压试 验，容器是否有足够的腐蚀裕度。参考材料 第二章浮阀塔的主体结构设计 浮阀塔的总体结构如图2-1所示 吊 柱 图 2-1 浮阀塔的总体结构图 浮阀塔由塔体、内件、及支座等部件组成，如图1、图2所 示。 塔体由钢板焊接。为了满足工艺要求及制造安装的需要，在塔体 上设有许多的参考材料 零部件及接管，如液面计、入孔、手孔、进料管、 进气管、出料管、回流管、产品抽样管以及安装温度计及压力表 的接管等。为了安装、检修及操作，在塔体上还装有吊柱、平台 及扶梯。为了安装保温材料，在塔底上焊有一定数量的支撑圈。 浮阀塔采用裙座支承。 板式塔内件主要包括塔盘、降液管、受

12、液管、除沫器等。 各层塔盘间距相等。但是底层塔盘到塔底的距离（塔底空 间）一般比塔底空间要高得多，因为它起着贮槽的作用，使塔底 液体不致流空。顶层塔板到塔顶的距离（塔顶空间）也较大，一 般取1.2-1.5m，目的是减少塔顶排气中携带的液体量 。为了更 好的分离气体中携带的液体以提高产品质量 ，还在塔顶设置除沫 装置。进料段空间高度取决于进料介质的状态，因为为液相进 料，取为与塔板间距相同。此外，在开入孔处的塔盘间距要考虑 人员进入的需要，设为700mm。裙座高度由工艺配置决定。参考材料 第三章材料选择及零部件结构设计 3.1 浮阀塔的材料选择 塔设备与其他化工设备一样，置于室外，无框架的自支承

13、式 塔体，绝大多数是采用钢材制造的。 这是因为钢材具有足够的强 度和塑性， 制造性能较好，设计制造的经验也较成熟。 本设计的浮阀塔的塔径不大，主要的材料选用钢材。为了满 足腐蚀性介质或低温要求，采用有色金属材料（如钛、铝、铜、 银等）或非金属耐腐蚀材料。 浮阀塔的塔盘以及浮阀，由于结构较为复杂，加之安装工艺 和使用方面的要求，（如浮阀应能自由浮动），所以以钢材为 主，其他材料为辅。 3.2 浮阀塔的零部件结构设计 321 浮阀塔盘的结构设计 塔盘分为整块式和分块式两种。 当塔径小于900mm时采用 整块式塔盘；当塔径大于800mm时，由于人能在塔内安装、拆 卸，可采用分块式塔盘；根据本设计的条

14、件，塔径为 1600mm，故采用分块式塔盘。 采用分块式塔盘时，为便于安装、检修、清洗，常将塔板分 成数块，通过人孔送入塔内，装在焊于塔体内壁的塔盘支撑件 上。此时，塔体为一焊制整体圆筒， 不分塔节。 分块式塔盘一般 采用自身梁式塔板， 他的特点是结构简单，制造方便，由于将塔 板冲压折边，使其具有足够的刚性，这样不仅简化了塔盘结构， 而且可以节约材料。为进行塔内清洗和检修，使人能进入各层塔 盘，可在塔板接近中央处设置一块内部通道板 。又因在一般情况 下，塔体设有两个以上的人孔，人可以从上面或下面进入，故通 道板应是上、下均可拆的。 3.2.2裙座的结构设计 为了制作方便，裙座一般选用圆筒形。裙

15、座与塔体的连接采 用焊接，焊接接头采用对接型式。裙座筒体与塔釜封头的外径相 等，裙座筒体与塔釜封头的连接焊缝采用全焊透的连续焊 ，且与 塔釜封头外壁圆滑过渡。 参考材料 3.3 浮阀塔其他零部件结构设计 331.降液管及受液盘 (1) 降液管 降液管一般分为圆形和弓形两种， 圆形降液管通常在液体负荷或塔径较小时使用，可采用一根 或数根圆形或长圆形降液管。为了增加溢流周边，并提供足够的 分离空间，可在降液管前方设置溢流堰，也可将圆形降液管伸出 塔盘表面兼做溢流堰，如上图3-1根据本设计的条件，选用圆形 降液管。 图 3-1 凹形受液盘 1-塔壁；2-降液板；3-塔板；4-受液盘；5-支座 为防止

16、气体从降液管底部窜入，降液管必须有一定的液封高度 hw。降液管底端到下层塔盘受液盘的间距 ho应低于溢流堰高度 hw，通常取(九-h。)=6-12mm，本设计取(hw_h)=10mm。 降液管的尺寸，应该使夹带气泡的液流进入降液管后，能分离出 气泡，从而仅有清流流往下层塔盘。 (2) 受液盘 参考材料 为保证降液管出口处的液封，在塔盘上设置受液盘。受液盘 有平形和凹形两种。 对于易聚合的物料，为避免在塔盘上形成死角，应采用平形受液 盘。 当液体通过降液管与受液盘的压力降大于 250Pa时，应采用凹形 受液盘，如上图图3-1所示。 凹形受液盘对液体流向有缓冲作用，可降低塔盘人口的液 封,使得液流

17、平稳，有利于塔盘人口区更好地鼓泡。凹形受液盘 的深度一般大于50mm，但不能超过塔板间距的1/3，否则须加 大塔板间距。根据本设计的条件，选用凹形受液盘。 在塔或塔段最低一层塔盘的降液管末端应设液封盘 ，以保证降液 管出口处的液封。用于弓形降液管的液封盘液封盘上应开设泪 孔，供停工时排液。 333.其他附属装置 (1) 进料口 对于液体进料，直接引入加料板。板上有进口堰，使液体能 均匀的通过塔板，并且可以避免由于进料泵及控制阀所引起的波 动的影响。图3-10为液态进料常用的可拆接管型式。 (2) 出料口 常用的塔底出料接管见图3-2。参考材料 图 3-2 液体进料口 一般在出料管端部装有防涡挡

18、板，以防止液体造成漩涡而将 气体夹带至出料泵。 塔顶气体引出管的直径不宜过小 ，以减少压降，并避免夹带液 滴。在塔顶设置除沫器。 （3）人孔、手孔及其他 由于塔体采用分块式塔盘结构 ，开设人孔。可在在塔高 6000mm处设一人孔。在塔顶和塔顶另各设一人孔。 人孔或手孔的布置应与降液管错开，保证人员能顺利出入。 人孔开在塔壁的同一经线面内，方便装拆和作业。 在塔体上采用回转盖人孔，因为有保温要求。在操作平台参考材料 处，人孔中心高度一般比操作平台高 8001000mm。人孔中心 离中心离塔内可站立内件的高度超过 1000mm时，在塔壁内部 应设置用直径1822园钢制成的把手或爬梯。 第四章强度计

19、算与校核 4.1 浮阀塔的设计参数 表 4-1 浮阀塔的设计参数如下 浮阀塔的设计参数 最咼工作压力/MPa 0.05 介质密度 kg/m 3 972 工作温度 t/C 140 安装地区 辽宁地区 设计压力Pc/MPa 0.15 地震烈度 8 级 设计温度 t/C 150 场地类型 n 0.15 年 腐蚀速率 /mm 塔板数 20 偏心质量/kg 2300 塔内径Di /mm 1800 塔板上存留介质高度 偏心距/mm 530 /mm 100 保温材料密度/mm 300 保温材料厚度/mm 110 4.2 按计算压力计算塔体和封头厚度参考材料 4.2.1.塔体厚度计算 PcDi 0.15如80

20、0 一 2 -Pc 一 2 140 0.85-0.15 = 1.14mm 考虑厚度附加量C=3.3mm ,经圆整后取5n=10mm 4.2.2 封头厚度计算 PcDi _ 0.15 1800 2V t -0.5pc 2 140 0.85-0.5 X0.15 = 1.13mm 考虑厚度附加量C=3.3mm ,经圆整后取n=10mm 4.3 塔设备质量载荷计算 4.3.1.筒体圆筒、封头、裙座质量 圆筒质量： 圭寸头质量: 裙座质量: =7850 0.589 = 4619.96kg m2 =297 X2=594kg m3 =596 3.06 = 892.75kg m01 = m2 m3 =4619

21、.96 594 892.75 = 6106.35kg 说明：（1）塔体总高（不包括封头和裙座）：H=10.75 （2） 查的DN1800mm ,厚度10mm 的椭圆形封头质量 为297kg/个（封头曲面深度 450mm ,直边高度 40mm ); 参考材料 (4) 裙座高度2000mm ,厚度按10mm计。 431.塔内构件质量m02 m 2二一1.82 20 75 =3817.04 (浮阀塔盘质量 4 75 kg / m2) 4.3.2 保温层质量m 3 m 3 =丄 b +26 +2乂 $ +2% 丫 H0P2 + 2m 3 4 = 0.7851.82 2 0.11 2 0.10 2 2

22、0.11 11.33 300 2 2.07 -1.23 300 =2070.91kg 其中，m 3为封头保温层的质量 其保温层外容积为 Vs +2 +2Q)2h + 叼2dz 4 0 椭圆封头的曲面方程为 2 2 2 x y z a2 b2 2 2 2 2 z 、 r = x y =(1 -j ) a b 所以 Jt z Vs 蔦 Di 2n 2、s2h02dz = 0.785 (2 2 0.11 2 0.1)2 0.04 (0.5 0.012 0.12) 参考材料 2 z 2 (1 0.11 0.11) dz =2.07mJIJI 5 5 4 4 o o 0 0 参考材料 其壳体外容积为 兀

23、 2 Z 2 乂 =_(D +26n)2h)+ (jr2dz 4 0 2 2 0.512 z2 2 = 0.785(2 2 0.012) 0.04 二(1 2) (10.012)dz 0 (0.5+0.010 =1.2m 4.3.3. 平台、扶梯质量m)4 二 2 2 1 m0-(Di 2n 2 s 2B) -(Di 2n 2s)? nqp 7FHF = 0.785 1.82 2 0.11 1.82 0.1 2 0.9)2 - (2 2 1 2 0.11 1.82 0.1)2 4 150 40 14 2 二 3053.79kg 说明：由表8-1查得平台单位面积质量qP=150kg/m2 , 笼

24、式扶 梯单位长度 质量qF =40kg/ m ；笼式扶梯总高 HF=19m，平台数量为4。 4.3.4. 操作时物料质量m05 : 2 - - 2 m 5 Di hwN； Di 娱 7宀 4 4 = 0.785 1.82 0.1 20 972 0.785 1.82 1.5 972 0.865 972 二 9227.5kg 参考材料 说明：物料密度p=972kg/m 3,封头内容积Vf=0.865m 3,塔 釜圆筒部分深度h0 =2-0.5-0.04 =1.46m ,塔板数N=20 , 塔板上液层咼度hw =0.1m。 4.3.5. 附件质量ma 按经验取附件质量为 讥=0.25m0i =0.2

25、5 汉610635=152659kg 4.3.6. 充水质量为 2 2 mw 口 几出 2Vf = 0.785 1.8 11.33 1000 2 0.865 1000= 30027kg 4 其中 J = 1000kg/m3 4.3.7 .各种质量载荷汇总 (1) 塔体操作时的质量： m。=m 1 m 02 m 03m 05 =5214 3817 2017 3054 9228 二23384kg (2) 塔体与裙座操作时的质量： m。二 m 1 m ? m 03m m = 5214 3817 2071 3054 9228 二 24277kg 3 塔设备的最大质量为： 参考材料 mmax =m i

26、m)2 m)3 口。4 m 5 5。6 5 % = 5214 3817 2071 3054 893 30027 二 45076kg (4) 塔设备的最小质量为： mmin 二 m 0 1 m 04m 6 =5214 3054 893 9161kg 4.4 风载荷与风弯矩计算 4.4.1. 风载荷计算 P = K1K 4q0 f1 Li Deio 式中： K1 体形系数，对圆筒形容器，K 0.7 q0 - 10m高处基本风压值,q=45 X10-5MPa f1 风压咼度变化系数 f1 值如下:6.4 10m 段 l_1=10-6.4=3.6m 查表 =0.9 10 18.4m 段 L?=18.4

27、-10=8.4m 查表 f2=1.15 I3 计算段长度 De3 塔的有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成90。，取下 a、b中较大者。参考材料 a.De3 二 Doi 2、S3 K3 K4 b.De3 二 Doi 2、S3 K4 do 2、ps K3 =400mm , d0 =400mm , 、s3 二、ps = 120mm Dei=1820+2 X110+400+400=2840 塔体各段风力： R = K1K21q0 hh De1 x 106 = 0.7 x 1.65x 0.00045 x 0.9 x 3600 x 2840 x 106 = 4781.98(N) 6 6 F2 =K1K22q

28、0f2l2De2 10 =0.7 1.65 0.00045 1.15 8400 2840 10 -14259.03( N) 4.4.2 .风弯矩计算 裙座底部(00截面)弯矩： MW I1 +： +P6 I1 +I2 +I3+I4 +I5 +于 2 I 2丿 i 2丿 =7274 X2800 + 2376.5 X(5600 + 7000)=50 X106N mm 塔底部(H面)弯矩： 口 I2 iQ I6、 Mw + R I2 +丄 |+P6 l2 +l3 +I4+I5 I K4 2、A L 2 4 0.5 106 10000 = 400 参考材料 2 i 2丿 i 2丿参考材料 =4782

29、X1800 X14259 X ( 3600 + 4200 ) =119.83 X 106N mm 4.5 地震载荷计算 取第一振型阻尼比为 0.02 则衰减指数吋-0.9 0.05 一02 0.95 0.5+5x0.02 T 0.8772s 塔的总高度 H=1400mm 全塔操作质量 m0 = 23384kg，重力加速度g = 9.81m/s2 地震影响系数： 2。2 - 1(T1-5Tg)：max 由表8-2查的max =0.16 (设防烈度8级) 由表8-3查的Tg =0.30 1 =0.02 (0.05 - J/8 =0.02 (0.05 -0.02)/8 =0.024 M = 1.31

30、9 0.2095-0.024 (0.876-5 0.30)0.1 0.043s 计算截面距地面高度h: 0-0 截面：h=0，1-1 截面：h=2000mm =1 0.05 - 0.06 1.7 1 =1 0.05-0.02 0.06 1.7 0.02 = 1.319 参考材料 等直径、等厚度的塔，H /Dj =14000/1800 =7.78 9.81 =8.68MPa 二 Dr 3.14 1800 9 裙座的有效厚度 详二“-C =10-3.3=6.7 风载荷引起0-0截面弯曲应力 4.82 裙座底部 0-0 截面弯曲应力 ；max = ：2 二3 - 卜 裙座材料采用A3钢B l=Hf0

31、=113MPa 而丘cr T = 0.06EQg/Rg =0.06x2.0 x105 x9/900 = 180MPa*bp 即 裙座出现失稳之前材料已达到弹性极限，因此强度是主要的约束 因素。 因此满足强度及稳定性要求 4.9 焊接强度 此塔裙座与塔体采用对接焊，焊缝承受的组合拉应力-3 二 0_0 Mmax Zsb 0 -0 Mmax 50 106 2 =2.81MPa 1D2S 0.785 18002 9 D is Ses 4 0 _0 m。 g 参考材料 一輕=11983 106 _ 23384 9J 5.23-4.5 二 Dt、e 0.785 18002 9 二 1800 9 = 0.

32、73MPa ：0.6t W 表 4-1 各危险截面强度与稳定校核汇总 项目 - 计算危险截面 0-0 1-1 塔体与裙座有效厚mm 10 10 截面以上操作质量 45076 44183 m0_/kg 计算截面面积 Asb = 2543400 Asm = 2437900 A/mm2 截面的抗弯截面系数 ZSb=3141(f Zsm =276.77105 Z J / mm 3 最大弯矩Mm：/N mm 5006 119.8306 最大允许轴向拉应力 KbN/Mpa 119 KB 11 max 0.785D：e 参考材料 最大允许压应 113 140 参考材料 K k- I 180 173 计算压力

33、引起的向拉应 力二 1 / Mpa 操作质量引起的向压应 力二21/ Mpa 最大弯矩引起的轴向应 力匚3丄/ Mpa 最大组合轴向拉应力 二匚；/ Mpa 最大组合轴向压应力 c mix/Mpa 强度与稳定校 强度 核 稳定性 8.68 2.18 11.4 满足稳定性条件 4.9 塔体水压试验和吊装时的应力校核 4.9.1.筒体水压试验时各种载荷引起的应力 4.05 4.71 8.76 参考材料 (1) 由试验压力和液柱静压力引起的环向应力 - (片 +P XDj +觅)0.15汉1.25(7.93/140 )+0.184x(1800 + 6.7 ) - T 2、J 2 6.7 0.85 =

34、 30.87 MPa 由试验压力引起的轴向拉应力匚! (3)最大质量引起的轴向压应力 匚2 由弯矩引起的轴向应力 二3 0 -0 0.3M W 兀 2 Di S6 0.3 50 106 2 9 =0.65MPa 0.785 18002 10 4.9.2 .水压试验应力校核 (1)筒体环向应力校核 0.860.8 245 0.85 =196MPa 因为二丁 =30.87Mpa : 0.8；事=196Mpa，故满足要求。 (2) 最大组合轴向拉应力校核 盂组拉=-才 +于=77.5-19.72 + 11.68= 69.46MPa PTDi 4ei 0.05 1800 4 6.7 = 7.93MPa

35、 0 -0 mmaxg : Dp e 45076 9.81 3.14 1800 9 = 8.68MPa 参考材料 许用应力：09s =0.9 345 0.85 =263.9MPa 因为 盘组拉=69.46Mpa：0.9；s =263.9Mpa,故满足要 求。 (3) 最大组合轴向压应力校核 二组压=：；2-2 打之=19.72 11.68 =31.40MPa -1 0 qcr 9 L =丿.s取其中较小值 KB 0.9；二=0.9 345 =310.55MPa KB =1.2 115=138MPa 二max组压=31.40Mpa ： r =138Mpa 因为，故满足要求。 4.10 基础环设计

36、 4.10.1 基础环尺寸 取 Dob 二 Dis 300 = 1 820 300 212m Djb = Dis -300 = 1820 - 220 = 1600mm轴向许用压应力 = 138MPa 参考材料 4.102 基础环的应力校核 Zb=D 3.14 2120_16004 =8.3756 108mm3 32 Dob 32 x 2120 A, =2(D；b D； )=0.785 汉(21202 16002 )=1213000mm2 4 取其中较大值，二bmax 0 -0 M max、. mg AT Zb 0.3MW Me mmaxg A Zb (1) J bmax 0-0 max 50

37、106 8.3756 108 45076 9.81 1884000 二 0.3Mpa 二bmax 0.3MW 4 mmaxg Zb Ab 0.3 10.98 108 0.9064 108 1.123W08 参考材料 =1. 16M pa 取二 bmax =0.3MPa 选用75号混凝土 ,其许用应力Ra =3.5MPa ,故满足要求。 4.10.3. 基础环厚度 按有筋板时，计算基础环的厚度Sb。 1 1 b DOb-Dis-2、es 2120 -1820 =150mm 2 2 设地脚螺栓直径为 M42，由表8-11查得l=160mm，则 b/l=150/309=0.485 ，由表 8-10

38、查得 2 Mx = My =0.332 0.3 150 =2241N mm 取Ms = Mx =2241N mm，基础环材料采用 A3钢其厚度为 4.11 地脚螺栓计算 4.11.1. 地脚螺栓承受的最大拉应力 MWMe mming Zb Ab ME4 0.25MW Me mg Zb Ab 取其中较大值， 参考材料 其中，mmin =9161kg参考材料 M ；- =50 1 0N mm M W-0 =11.12 108 N mm m0 =65396kg Zb =8.3756 108mm3 2 Ab = 1884000mm 50 106 0.9064 108 8.3756 08 取其中较大值，

39、匚B =1.23Mpa 4.11.2. 地脚螺栓的螺纹小径 因为二B 0 ,故此塔设备必须安装地脚螺栓。选取螺栓材料 16MnR，螺栓个数为 n=20 ,=147Mpa，C=3mm。 取地脚螺栓为 M24。由表8-12查得M42的螺纹小径 d=20.75mm，故选用20个M24的地脚螺栓，满足要求 CJ M W M e Zb mming Ab 9161 9.81 927870 =0.073Mpa d1 仁Ab 二 n 匕 L 4 0.073 927870 :3.14 147 20 3 = 8.42mm 参考材料 4.12 筒体与封头联接法兰的选取 4.12.1.法兰选型 根据筒体内径 D180

40、0mm,计算压力R=0.15Mpa ,温度 150 C,查表6-2 ,确定法兰结构为乙型平焊法兰,查附录12 选取材料16Mn，公称压力PN=0.6Mpa 。 查相关手册得法兰基本数据： D=1930mm ， D仁 1890mm ， D2=1855mm ， D3=1841mm ， D4=18387m 螺纹孔直径d=23mm ，法兰厚度b=56mm 4.12.2. 螺栓选型 根据公称直径 DN=1800mm ，查附录13-3，得螺柱材料为 40MnVB，查表6-6得，螺母材料为40Mn。 4.12.3. 垫片选型 压紧密封面选取平面密封面，选用缠绕型垫片， D=1878mm ，d=1825mm

41、，垫片种类为石棉式石墨填充 带。 塔的机械设计 筒体、：n = 10mm，封头 r = 10mm，裙座 塔的名义壁厚 参考材料 、es 二 6.7mm参考材料 m= 24277kg,叫ax 二 4507&g, 质量载荷 mmin - 9161 kg MW = 119.83 1 06N mm,MW = 50 106N mm 风弯矩 ME3.531 108N mm, ME =3.354 108N 地震弯矩 ME 3.002 1 08N mm 基础环尺寸 D b = 2120mm, Dib = 1600 mm,、b = 20mm 基础环的应 满足要求 力校核 地脚螺栓设 直径 M24 ,个数 20

42、个 计 表 4-2 塔的机械设计结果 主要符号说明 Am - 裙座人孔处截面的面积，mm2 塔的载荷及其弯矩 基础环设计 参考材料 Zsm 裙座人孔处截面的抗弯截面系数，mm3参考材料 Dis裙座壳底部内直径,mm -：es - 裙座壳有效壁厚，mm Dim 裙座人孔截面处裙座壳的内直径,mm bm 裙座人孔截面处水平方向的最大宽度， Im 人孔或较大管线引出孔加强管的长度， 5 人孔或较大管线引出孔加强管的厚度， Dei 塔计算段的有效直径，mm Dib - 基础环内直径，mm D b - 基础环外直径，mm Dos 裙座大端外直径，mm E设计温度下材料的弹性模量，MPa fi风压高度变化

43、系数 H 塔的总高度，mm Hit 塔第i段顶截面距地面的高度，m M E4 - 塔第i-i截面处的地震弯矩，N mm M E4塔第i-i截面处的最大弯矩，N mm mm mm mm 参考材料 M E4塔第i-i截面处的风弯矩，N mm mmax - 塔的最大质量,kg mmin塔的最小质量，kg m0 - 塔的操作质量,kg m0丄 - 计算截面以上的操作质量,kg pc计算压力,MPa P塔i-i计算段的水平风力,MPa q0 - 基本风压值，N /m2 Ti 塔的基本自振周期，s ：i 对应Ti的地震影响系数 max 地震影响系数的最大值 、：ps 管线保温层厚度，mm - 脉动增大系数

44、 r脉动影响系数 二i由计算压力引起的轴向应力，MPa 6由重力引起的轴向应力，MPa 1- t 设计温度下筒体材料的许用应力，MPa 参考材料 te er t s 设计温度下裙座材料的许用应力,MPa zi 振型系数 第五章心得体会 三周的课设转眼即逝，虽然时间短暂，但收获的知识却 很丰厚。本次过程设备设计的课设，我的设计题目是塔设备 的机械设计，塔设备是最常见的化工设备之一，可用于精馏 分离。再结合化工原理课程设计的内容，我们可以通过设备 的工作要求计算出塔设备的基本尺寸 、材料选型、强度校 核、及其附属设备的选择校核等。这对我们充分的理解塔设 备的结构、工作原理、性能等提供了很大的帮助。

45、本次课设 我们还绘制了塔设备的装配图和塔盘部件图，对于如何布置 塔设备内各个管口、人孔、仪表有了深入的了解。补充了课 堂上所学的基础知识，在实践中温故而知新。感谢老师们的 耐心辅导和帮助！设计温度下材料的许用轴向压应力，MPa 参考材料 参考文献 1 路秀林,王者相化工设备设计全书塔设备M.北 京：化学工业出版社，2004. 2 陈作模.机械原理M.北京：高等教育出版社， 2004. 参考材料 3 刁玉玮,王立业.化工设备机械基础M.大连：大 连理工大学出版社，2005. 4 匡国柱，史启才.化工单元过程及设备课程设计M. 北京：化学工业出版社，2005. 5 董大勤.化工设备机械基础M.化学工业出版社， 2004。