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）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℃~500℃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则慢慢地沿塔上升，在塔的高层凝结，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。
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
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。
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
3.2.1 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。
3.3浮阀塔其他零部件结构设计
3.3.1．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
为防止气体从降液管底部窜入，降液管必须有一定的液封高度'w h 。降液管底端到下层塔盘受液盘的间距0h 应低于溢流堰高度w h ，通常取0()612w h h mm -=-，本设计取0()10w h h mm -=。 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
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。
3.3.3．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。
图3-2 液体进料口
一般在出料管端部装有防涡挡板，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。在操作平台处，人孔中心高度一般比操作平台高800~1000mm。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18~22园钢制成的把手或爬梯。
第四章强度计算与校核
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
最高工作压力/MPa 0.05 介质密度kg/m3972 工作温度t/℃140 安装地区辽宁地区
设计压力
c
p/MPa 0.15 地震烈度8级设计温度t/℃150 场地类型Ⅱ
腐蚀速率
0.15年
/mm
塔板数20
偏心质量/kg 2300 塔内径i D/mm 1800
偏心距/mm 530 塔板上存留介质高度
/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
4.2.1.塔体厚度计算
考虑厚度附加量C=3.3mm，经圆整后取δn=10mm。
4.2.2封头厚度计算
考虑厚度附加量C=3.3mm，经圆整后取δn=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
01
m
圆筒质量： kg 96.4619589.07850m 1=?=
封头质量： m 2 =297×2=594kg
裙座质量： kg 75.89206.3596m 3=?=
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 ）；
（4）裙座高度2000mm ，厚度按10mm 计。
4.3.1.塔内构件质量02m
m 02=04
.381775208.142=???π
（浮阀塔盘质量752/kg m ） 4.3.2保温层质量03m ()()[]()()[]()kg
91.2070300
23.107.2230033.1111.02210.0211.0282.1785.022224
m 2
203202n 203=?-?+???+-?+?+=++-++=m H D D i s n i ρδδδπ其中，'03m 为封头保温层的质量
其保温层外容积为
椭圆封头的曲面方程为
所以
其壳体外容积为
4.3.3.平台、扶梯质量04m
说明：由表8-1查得平台单位面积质量2150/P q kg m =，笼式扶梯单位长度质量40/F q kg m =；笼式扶梯总高
H F =19m ，平台数量为4。
4.3.4.操作时物料质量05m
说明：物料密度ρ=972kg/m 3，封头内容积V f =0.865m 3，塔釜圆筒部分深度020.50.04 1.46h m =--=，塔板数N=20，塔板上液层高度0.1w h m =。
4.3.
5. 附件质量a m
按经验取附件质量为
4.3.6.充水质量为
22020.785 1.811.33100020.8651000300274w i w f w m D H V kg π
ρρ=+=???+??= 其中31000/w kg m ρ=
4.3.7.各种质量载荷汇总
（1）塔体操作时的质量：
（2）塔体与裙座操作时的质量：
（3）塔设备的最大质量为：
（4）塔设备的最小质量为：
4.4风载荷与风弯矩计算
4.4.1.风载荷计算
式中：
1K ——体形系数，对圆筒形容器，10.7K =
0q ——10m 高处基本风压值，q 0=45×10-5MPa
f1——风压高度变化系数
f1值如下：6.4—10m段L1=10-6.4=3.6m 查表f1=0.9
10—18.4m段L2=18.4-10=8.4m 查表f2=1.15 3
l——计算段长度
3e
D——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。
3400
K mm
=，
0400
d mm
=，
3120
s ps mm
δδ
== D ei=1820+2×110+400+400=2840
塔体各段风力：
)
(
98
. 4781
10
2840
3600
9.0
00045
.0
65
.1
7.0
106 6
1
1
1
21
1
1
N D
l f
q
K
K
P
e =
?
?
?
?
?
?
=
?
=
)
(
03
. 14259
10
2840
8400
15
.1
00045
.0
65
.1
7.0
106 6
2
2
2
22
1
2
N
D l f
q
K
K
P
e =
?
?
?
?
?
?
=
?
=
4.4.2.风弯矩计算
裙座底部（0—0截面）弯矩：
=7274×2800＋2376.5×(5600＋7000)=50×106N·mm
塔底部（H面）弯矩：
=4782×1800×14259×﹙3600＋4200﹚=119.83×106N·mm
4.5地震载荷计算
取第一振型阻尼比为
10.02
ξ=
则衰减指数
0.050.02
0.90.95
0.550.02
γ
-
=+=
+?
=1T 0.8772s
塔的总高度 H=1400mm
全塔操作质量 =0m 23384kg ，重力加速度 29.81/g m s = 地震影响系数1211max [0.2(5)]g T T γαηηα=--
由表8-2查的16.0max =α（设防烈度8级）
由表8-3查的g 0.30T =
计算截面距地面高度h ：
0-0截面：h=0，1-1截面：h=2000mm
等直径、等厚度的塔，/14000/18007.7815i H D ==<，按下列方法计算地震弯矩。
0-0截面： 00'00101635E E M M m gH α--==160.043233849.811400035
=???? 1-1截面：
4.6偏心弯矩计算
4.7塔体的强度及轴向稳定性校核
4.7.1.塔底危险截面的各项轴应力计算
其中mm e 7.63.310=-=δ
4.7.2.塔底1-1截面抗压强度及轴向稳定性校核 1-1截面：
由于MPa 76.871.475.4max =+=σ＜140MPa
因此塔1-1截面满足抗拉强度轴向稳定条件。
4.7.3.塔底1-1截面抗拉强度校核
故满足抗拉强度条件
上述各项校核表面：塔体厚度10n mm δ=，可满足塔体强度、刚度及稳定性要求
4.8裙座的强度及稳定性计算
设裙座厚度10n mm δ=附件厚度C=1，则裙座有效厚度9eg mm δ=
4.8.1.裙座底部0-0截面轴向应力计算
裙座的有效厚度7.63.310=-=-=C n es δδ
风载荷引起0-0截面弯曲应力
4.8.2.裙座底部0-0截面弯曲应力
裙座材料采用A 3钢[][]20
113t MPa σσ==
而[]50.06/0.06 2.0109/900180t cr eg ig p E R MPa σδσ==???=>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
表4-1各危险截面强度与稳定校核汇总 计算危险截面
塔体与裙座有效厚mm
10 10 截面以上操作质量0i i
m -/kg
45076 44183 计算截面面积
2/i i A mm -
截面的抗弯截面系数
3/i i Z mm -
最大弯矩max
/i i M N mm -? 最大允许轴向拉应力
[]/t K Mpa σφ
-- 119 最大允许压应
力
113 140 180 173 计算压力引起的向拉应
力1/Mpa σ
0 0 操作质量引起的向压应
力2/i i
Mpa σ- 8.68 4.05 最大弯矩引起的轴向应
力3/i i Mpa σ- 2.18 4.71 最大组合轴向拉应力
max /i i
Mpa σ- - -
最大组合轴向压应力
max /i i
Mpa σ-
11.4 8.76 强度与稳定校核 强度
— —
稳定性 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
(1)由试验压力和液柱静压力引起的环向应力σ
(2)由试验压力引起的轴向拉应力1σ
(3)最大质量引起的轴向压应力2σ
(4)由弯矩引起的轴向应力3σ
4.9.2.水压试验应力校核
(1)筒体环向应力校核
因为30.870.8196T s Mpa Mpa σσ?=<=，故满足要求。
(2)最大组合轴向拉应力校核
许用应力：MPa S 9.26385.03459.09.0=??=φσ
因为Mpa Mpa 9.2630.946.69s 22max =<=-φσσ组拉，
故满足要求。 (3)最大组合轴向压应力校核
轴向许用压应力 []???=KB
s cr σσ9.0 取其中较小值。
0.90.9345310.551.2115138s MPa KB MPa
σ=?=??=?=?, 取[]MPa cr 138=σ。 因为，故满足要求。
4.10基础环设计
4.10.1基础环尺寸
取 30018203002120ob is D D mm =+=+=
图4-1基础环尺寸图 4.10.2.基础环的应力校核 取其中较大值，00max 0max 00max 0.3b b b w e b b M m g Z A M M m g Z A σ--?+??=?+?+?? (1)006max max 85010450769.810.38.3756101884000
o b b b M m g Mpa Z A σ-??=+=+=? (2)0088
max max
80.30.310.98100.9064101.12310W b b b M m g Z A σ-??+?=+=? 取max 0.3b MPa σ=
选用75号混凝土，其许用应力a 5.3MP R a =，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b S 。 ()()1122120182015022ob is es b D D mm δ=--=-=
设地脚螺栓直径为M 42，由表8-11查得l=160mm ，则b/l=150/309=0.485，由表8-10查得 取2241s x M M N mm ==?，基础环材料采用A 3钢其厚度为
211.8b C mm δ===，取12b mm δ=。 4.11地脚螺栓计算 4.11.1.地脚螺栓承受的最大拉应力
取其中较大值，???
????-++-+=---b b e w E b b e w B A g
m Z M M M A g m Z M M 00000min 0025.0σ 其中，min 9161m kg =
取其中较大值，Mpa B 23.1=σ
4.11.2.地脚螺栓的螺纹小径
因为0>B σ，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，[]147bt Mpa σ=，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。
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1800i D mm =，计算压力0.15c P Mpa =，温度
150℃，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，D1=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，垫片种类为石棉式石墨填充带。
塔的机械设计
塔的名义壁厚筒体10
n
mm
δ=，封头10
h
mm
δ=，裙座
6.7
es
mm
δ=
塔
的载荷
及其弯矩质量载荷风弯矩
表4-2塔的机械设计结果 主要符号说明 sm A
——裙座人孔处截面的面积，2mm sm Z
——裙座人孔处截面的抗弯截面系数，3mm is D
——裙座壳底部内直径，mm es δ—— 裙座壳有效壁厚，mm
im D
——裙座人孔截面处裙座壳的内直径，mm m b ——裙座人孔截面处水平方向的最大宽度，mm m l ——人孔或较大管线引出孔加强管的长度，mm m δ ——人孔或较大管线引出孔加强管的厚度，mm
ei D
——塔计算段的有效直径，mm ib D ——基础环内直径，mm 地震弯矩
基
础环设计 基础环尺寸
基础环的应力校核 满足要求
地脚螺栓设
计 直径M24，个数20个
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）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、
5 优化设计计算 5.1 数据预处理 5.2 塔径的计算 5.3 填料层高度的计算 5.4 精馏塔塔体年投资折旧费及维修费用1J 5.5 冷凝器年运转费用2J 5.6 再沸器年运转费用或加热蒸汽费用3J 5.7 填料年折旧费用 5.8 汽液负荷 5.9 年总费用与回流比的关系 6 填料塔水力学性能校核 6.1 泛点率校核 6.2核算径比 80032825 T p D d ==>>8 6.3核算喷淋密度 v min ()(M.W.R)0.0820916.72 L a =?? t a [m 3/(m .h)] 回流液opt L R D mol h ==? 6.4 填料塔压降 化原下册P151图11-27Ekert 泛点和压降通用关联图可查得每米填料层压力降。 7 附属设备的设计与选型 7.1 塔顶冷凝器
7.1.1 初估冷凝器传热面积 7.1.1.1 冷凝器传热量 D opt D D D Dr R Dr R Vr Q )1()1(+=+== 7-1 式中 D Q 冷凝器传热量，kJ/h ； V 精馏段汽相流量，kmol/h ； D r 冷凝器中汽相冷凝潜热，kmol kJ/； D 塔顶产品流量，kmol/h ； R 、opt R 回流比和最佳回流比。 7.1.1.2 冷凝器传热推动力 opt D D opt m t T t T t t t ,211,2ln ---= ? 7-2 式中 m t ? 冷凝器传热推动力，C ?； D T 冷凝器汽相（第一块塔板汽相）露点温度，C ?； 1t 冷凝器中冷却水进口温度，C ?； opt t ,2 冷凝器中冷却水最佳出口温度，C ?。 若C 50)(1max ?>-=?t T t D m ，则冷凝器应装有温度补偿装置或采用浮头式换热器。 7.1.1.3 初估冷凝器传热面积 )(m D D D t K Q A ?= 7-3 式中 D A 冷凝器传热面积，2m ； D K 冷凝器总传热系数，C)h kJ/(m 2???。 取D K （初估）值代入式7-3 得D A （初估）。 根据D A （初估）从换热器系列型号中选择固定管板式列管换热器，其尺寸为： 公称直径 公称压力 管程数 管子根数 换热面积 管长 管子排列方式 管子规格 7.1.2 冷凝器选型 7.1.2.1 冷凝器传热系数的校核 1 2 1121222111d d d d R d d b R K s m s αλα++++= 7-4 式中 1α、2α 冷凝器管内、外对流给热系数，C)W/(m 2??；
填料塔的附属结构填料支承板（Packing support plate ） 主要包括：填料支承装置；液体分布及再分布装置；气体进口分布装置；除沫装置等。 要求：（1）足够的机械强度以承受设计载荷量，支承板的设计载荷主要包括填料的重量和液体的重量。（2）足够的自由面积以确保气、液两相顺利通过。总开孔面积应不小于填料层的自由截面积。一般开孔率在70%以上。常用结构：栅板；升气管式；气体喷射式。
栅板（support grid）： 优点是结构简单，造价低； 缺点是栅板间的开孔容易被散装填料挡住，使有效开孔面积减小。
升气管式：具有气、液两相分流而行和开孔面积大的特点。气体由升气管侧面的狭缝进入填料层。
气体喷射式（multibeam packing support plate）： 具有气、液两相分流而行和开孔面积大的特点。气体由波形的侧面开孔射入填料层。
床层限位圈和填料压板（Bed limiter and hold down plate）填料压紧和限位装置安装在填料层顶部，用于阻止填料的流化和松动，前者为直接压在填料之上的填料压圈或压板，后者为固定于塔壁的填料限位圈。 规整填料一般不会发生流化，但在大塔中，分块组装的填料会移动，因此也必需安装由平行扁钢构造的填料限制圈。
液体分布器（Liquid distributor） 作用：将液体均匀分布于填料层顶部。 莲蓬头分布器： 一种结构十分简单的液体喷洒器，其喷头的下部为半球形多孔板，喷头直径为塔径的1/3~1/5，一般用于直径在0.6m以下的塔中。它的主要缺点是喷洒孔易堵塞，且气量较大时液沫夹带量大。
化工机械基础填料塔设计方案 1.水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介 1.1任务及操作条件 ①混合气(空气、NH3 )处理量： 26003/ m h； ②进塔混合气含NH3 7% (体积分数)；温度:20℃； ③进塔吸收剂(清水)的温度:20℃； ④ NH3回收率：96%； ⑤操作压力为常压101.3k Pa。 1.2填料的选择 塔填料是填料塔的核心构件，它提供了气、液两相相接触传质与传热的表面，其性能优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面积越大，气液分布也就越均匀，传质效率也越高，它与塔件一起决定了填料塔的性质。因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。塔填料的选择包括确定填料的种类、规格及材料。 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。 塑料填料的材质主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100℃以下使用。设计选用填料塔，填料为散装聚丙烯DN 阶梯环填料。 50 国阶梯环特性数据
2. 工艺尺寸计算 2.1基础物性数据 2.1.1液相物性数据 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查的，20℃水的有关物性数据如下： 密度：ρ1 =998.2Kg ／m 3 粘度：μL =1.005mPa ·S =0.001Pa ·S=3.6Kg ／（m ·h ） 表面力：σL =72.6dyn ／cm=940 896Kg ／h 2 氨气在水中的扩散系数：D L =1.80×10-9 m 2/s=1.80×10-9×3600 m 2/h=6.480 ×10-6m 2/h 2.1.2气相物性的数据 混合气体平均摩尔质量： M VM =Σy i M i =0.070×17+0.930×29=28.16 混合气体的平均密度： ρvm =RT PM VN =100×28.16／(8.314×293)=1.166Kg ／m 3 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的20℃空气的粘度： μV =1.81×10—5Pa ·s=0.065Kg ／（m ·h ） 查手册得氨气在20℃空气中扩散系数： D v = 0.189 cm 2/s=0.068 m 2/s 2.1.3气液相平衡数据 20C 下氨在水中的溶解度系数：)/(725.03kpa m kmol H ,常压下20℃时亨利系数：S L HM E =998.2／(0.725×18.02)=76.40Kpa 相平衡常数： 756.0100 02.18725.02.998 P HM P E m S L 2.1.4 物料衡算
精馏塔机械设计方案 1.1 塔设备概论 塔设备是化工、石油化工和炼油、医药、环境保护等工业部门的一种重要的单元操作设备。它的作用是实现气（汽）——液相或液——液相之间充分的接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。 塔设备应用面广、量大，其设备投资费用占整个工艺设备费用较大的比例。在化工或炼油厂中，塔设备的性能对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额以及三废处理和环境保护等各个方面都有着重大影响。因此，塔设备的设计和研究受到化工、炼油行业的极大重视。 为了使塔设备能更有效、更经济地运行，除了要求它满足特定的工艺条件外，还应满足以下要求： （1）气（汽）液两相充分接触，相际间的传热面积大； （2）生产能力大，即气液处理量大； （3）操作稳定，操作弹性大； （4）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压力降小。这将大大减少生产中的动力消耗，以降低操作的费用； （5）结构简单，制造、安装、维修方便，并且设备的投资及操作费用低； （6）耐腐蚀，不易堵塞。方便操作、调节和检修。 塔设备的分类： （1）按操作压力可分有加压塔、常压塔以及减压塔；
（2）按单元操作可分有精馏塔、吸收塔、介吸塔、萃取塔、反应塔、干燥塔等； （3）按件结构可分有填料塔、板式塔; （4）按形成相际接触界面的方式可分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔。 1.2 常压塔的主要结构 在塔设备的类别中，由于目前工业上应用最广泛的是填料塔以及板式塔，所以主要考虑这两种类别。 考虑到设计条件，成分复杂，并且板式塔和填料塔相比效率更高一些，更稳定，液——气比适用围大，持液量较大，安装、检修更容易，造价更低，故选用板式塔更为合理。 板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。塔使用塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气——液相密切接触而进行传质与传热，并且两相的组分浓度呈阶梯式变化。 塔盘采用浮阀型式。因为浮阀塔在石油、化工、等工业部门应用最为广泛，并具备优异的综合性能，在设计和选用时经常作为首选的板式塔型式。 板式初馏塔的总体结构见装配草图。板式塔除了各种件之外，主要由塔体、支座、人孔或手孔、除沫器、接管、吊柱及扶梯、操作平台组成。 (1) 塔体 塔体即塔设备的外壳，常见的塔体由等直径、等厚度的圆筒和上下封头组成。对于大型塔设备，为了节省材料偶尔采用不等直径、不等厚度的塔体。塔设备一般情况下安装在室外，因而塔体除了承受一定的操作压力（压或外压）、温度外，还要考虑到风载荷、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。本设计中精馏塔为常压0.11MPa，采用等直径等厚度型式。 (2) 支座
目录 第1章绪论 (3) 1.1 课程设计的目的 (3) 1.2 课程设计的要求 (3) 1.3 课程设计的内容 (3) 1.4 课程设计的步骤 (3) 第2章塔体的机械计算 (5) 2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度 (5) 2.1.1 塔体厚度的计算 (5) 2.1.2 封头厚度计算 (5) 2.2 塔设备质量载荷计算 (5) 2.2.1 筒体圆筒,封头,裙座质量 (5) 2.2.2 塔内构件质量 (6) 2.2.3 保温层质量 (6) 2.2.4 平台,扶梯质量 (6) 2.2.5 操作时物料质量 (6) 2.2.6 附件质量 (7) 2.2.7 充水质量 (7) 2.2.8 各种质量载荷汇总 (7) 2.3 风载荷与风弯矩计算 (8) 2.3.1自振周期计算 (8) 2.3.2 风载荷计算 (8) 2.3.3 各段风载荷计算结果汇总 (8) 2.3.4风弯矩的计算 (8) 2.4 地震弯矩计算 (9) 2.5 偏心弯矩的计算 (10) 2.6 各种载荷引起的轴向应力 (10) 2.6.1计算压力引起的轴向应力 (10) 2.6.2 操作质量引起的轴向压应力δ2 (10) 2.6.3 最大弯矩引起的轴向应力δ3 (10) 2.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 (10)
2.7.1 塔体的最大组合轴向拉应力校核 (10) 2.7.2 塔体与裙座的稳定校核 (11) 2.7.3 各危险截面强度与稳定性校核 (11) 2.8 塔体水压试验和吊装时的应力校核 (14) 2.8.1 水压试验时各种载荷引起的应力 (14) 2.8.2 水压试验时应力校核 (14) 2.9 基础环设计 (15) 2.9.1 基础环尺寸 (15) 2.9.2 基础环的应力校核 (15) 2.9.3 基础环的厚度 (15) 2.10 地脚螺栓计算 (16) 2.10.1 地脚螺栓承受的最大拉应力 (16) 2.10.2 地脚螺栓的螺纹小径 (16) 第3章塔结构设计 (18) 3.1 塔体 (18) 3.2 板式塔及塔盘 (18) 3.3 塔设备附件 (18) 3.3.1 接管 (18) 3.3.2 除沫装置 (18) 3.3.3 吊柱 (18) 3.3.4 裙式支座 (19) 3.3.4 保温层 (19) 参考文献 (20) 课设结果与自我总结 (21) 附录A 主要符号说明 (22) 附录B塔设备的装配图 (24)
目录 一、选择材料 (18) 二、按计算压力计算筒体和封头的壁厚 (18) 三、塔的质量载荷计算 (19) 四、塔的自振周期计算 (22) 五、地震载荷计算 (22) 六、风载荷计算 (23) 七、各种载荷引起的轴向应力 (25) 八、筒体和裙座危险截面的强度和稳定性校核 (26) 九、筒体和裙座水压试验应力校核 (27) 十、基础环设计 (29) 十一、地脚螺栓设计 (30) 十二、补强计算 (32) 主要符号说明 (35)
正文 机械设计条件： 一、 选择材料 塔体16MnR: [σ]t =170 MPa, [σ]=170 MPa,σs=345MPa 裙座 Q235-A:[σ]t =113MPa, [σ]=113 MPa,σs=235 MPa E=1.9*105 MPa 二、按计算压力计算筒体和封头的壁厚 筒体：20.1083 .185.017021600 83.1][2=-???=-= c t i c p D p S φσ(mm) 封头，采用标准椭圆封头： 16.1083 .15.085.017021 160083.15.0][2=?-????=-= c t i c p K D p S φσmm 加上壁厚附加量C=2mm ，并圆整，还应考虑刚度、稳定性及多种载
荷等因素，取筒体、封头、和裙座的名义厚度Sn 均为20mm ，Se=Sn-C=20-2=18mm 。 三、塔的质量载荷计算 1．塔壳和裙座的质量 （1）圆筒质量/ 塔体圆筒总高度：Ho=81.2-5-2.6 =73.6m kg Ho Di Do m =???--= 322221085.76.73)6.164.14 )(41 π ρπ （2）封头质量 查得，DN1600,壁厚20mm 的椭圆形封头的质量为250kg ，则 kg m 50022502=?= （3）裙座质量 裙座尺寸：Dis=1800mm,Dos=1836mm,dis=1200mm,dos=1236mm 由于锥角小，故用锥体的平均直径Dim=1500mm 。按圆筒计算： 33691085.75)5.1536.1(4 )(4 322223=???-= -= π ρπ g Hs Dim Dom m kg 5.2270632101=++=m m m m kg 2.塔内构件质量： 查表得筛板塔盘质量为75kg/m 2 kg N Di m p 9.627675742.14 654 2202=??= ?= π π 3．人孔，法兰，接管与附属物质量 kg m m a 6.567625.1883725.025.01=?== 4．保温材料质量
一、塔设备课程设计任务书 ㈠设计课题 筛板式精馏塔机械设计 ㈡工艺条件 物料名称：甲醇-水 设计压力：0.1a MP 设计温度：C 100 物料平均密度：3 957m kg 产品特性：易燃、有毒 设计基本风压值：2 300m N 地震烈度：7度 ㈢工艺尺寸 塔内径 精馏段板数 提留段板数 板间距 堰长 1400 33 17 500 980 堰高 筛孔直径 孔间距 塔顶蒸汽出口管径 50 6 24 200D g 管口 符号 公称尺寸 用途 a Dg273 进料管口 b Dg38 出料管口 c Dg325 塔顶蒸汽出口 d Dg38 回流液口 e Dg20 液面计接口 f Dg38 釜液出口 设计要求 1、筛板精馏塔机械设计及整体结构设计。 2、绘制筛板式精馏塔装配图（一张一号图纸） 二、设计方法及步骤 1、材料选择 设计压力MPa p 1.0 ，属于低压分离设备，一类容器，未提技术要求；产品特性为易燃、易挥发；设计温度为C 100,介质为甲醇和水，年腐蚀欲度很小，考虑到设备材料经济性，筒体，封头和补强圈材料选用R Q 245，裙座选用A Q 235。 2、塔设备主要结构尺寸的确定
㈠塔高 1）塔主体高度 ()mm H Z 2450050011733=?-+= 2）塔的顶部空间高度 mm H a 1500= 3）塔的底部空间高度 mm H b 2000= 4）裙座高度 mm H S 3000= 5）封头高度 mm H c 390= 6）塔高 mm H H H H H H c S b a Z 3139039030002000150024500=++++=++++= 取m mm H 3232000== m mm H H H H H S b a Z 3131000300020001500245001==+++=+++= ㈡塔径 1）筒体厚度计算 []mm p pD t i 56.01 .085.014721400 1.02=-???= -= φσδ 式中：[]t σ——材料的许用应力。R Q 245在C 100厚度为3~16mm 时， []MP a t 147=σ。 φ——塔体焊接接头系数。采用双面对接焊，局部无损探伤，85.0=φ 名义厚度mm C n 86.23.256.0=+=+=δδ 厚度附加量mm C C C 3.223.021=+=+= 1C ——厚度负偏差。按709T JB 中的B 类要求R Q 245负偏差取mm C 3.01=。 2C ——腐蚀裕量。取mm C 22=。 对于碳素钢、低合金钢制容器mm 3min ≥δ，故按刚度条件，筒体厚度仅需3mm ，但考虑此塔较高，风载荷较大，取塔体名义厚度=n δ10mm 。
第四章塔设备机械设计 塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。机械设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行机构设计。 4.1设计条件 由塔设备工艺设计设计结果，并查相关资料[1],[9]知设计条件如下表。 表4-1 设计条件表
4.2设计计算 4.2.1全塔计算的分段
图4-1 全塔分段示意图 塔的计算截面应包括所有危险截面，将全塔分成5段，其计算截面分别为：0-0、1-1、2-2、3-3、4-4。分段示意图如图4-1。
4.2.2 塔体和封头厚度 塔内液柱高度：34.23.15.004.05.0=+++=h （m ） 液柱静压力：018.034.281.992.783101066=???==--gh p H ρ（MPa ） 计算压力：1=+=H c p p p MPa （液柱压力可忽略） 圆筒计算厚度：[]94.60 .185.017022000 0.12=-???=-= c i c p D p φσδ（mm ） 圆筒设计厚度：94.8294.6=+=+=C c δδ（mm ） 圆筒名义厚度：108.094.81=?++=?++=C c n δδ（mm ） 圆筒有效厚度：8210=-==-=C n e δδ（mm ） 封头计算厚度：[]93.60 .15.085.017022000 0.15.02=?-???=-= c i c h p D p φσδ（mm ） 封头设计厚度：93.8293.6=+=+=C h hc δδ（mm ） 封头名义厚度：108.093.81=?++=?++=C hc hn δδ（mm ） 封头有效厚度：8210=-==-=C hn he δδ（mm ） 4.2.3 塔设备质量载荷 1. 塔体质量 查资料[1],[8]得内径为2000mm ，厚度为10mm 时，单位筒体质量为495kg/m ，单个封头质量为364kg 。 通体质量：5.121275.244951=?=m （kg ） 封头质量：72823642=?=m （kg ） 裙座质量：14850.34953=?=m （kg ） 塔体质量：5.1434014857285.1212732101=++=++=m m m m （kg ） 0-1段：49514951-0,01=?=m （kg ）
第1章绪论 1.1课程设计的目的 （1）把化工工艺与化工机械设计结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和知识基本知识。 （2）培养对化工工程设计上基本技能以及独立分析问题、解决问题的能力。 （3）培养识图、制图、运算、编写设计说明书的能力。 1.2课程设计的要求 （1）树立正确的设计思想。 （2）具有积极主动的学习态度和进取精神。 （3）学会正确使用标准和规范，使设计有法可依、有章可循。 （4）学会正确的设计方法，统筹兼顾，抓主要矛盾。 （5）在设计中处理好尺寸的圆整。 （6）在设计中处理好计算与结构设计的关系。 1.3课程设计的内容 对二氯乙烷精馏塔的机械设计。DN=1800mm P N=1.2MPa 1.4课程设计的步骤 （1）全面考虑按压力大小、温度高低、腐蚀性大小等因素来选材。 （2）选用零部件。 （3）计算外载荷，包括内压、外压、设备自重，零部件的偏载、风载、地震载荷等。
（4）强度、刚度、稳定性设计和校核计算（5）传动设备的选型、计算。 （6）绘制设备总装配图。
第2章 塔体的机械计算 2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度 2.1.1 塔体厚度的计算 （1）计算压力 MPa Pc 2.1= （2）塔体计算厚度 mm Pc t PcDi 8.72 .185.017021800 2.1]δ[2δ=×××== （3）塔体设计厚度 mm 8.9δc δ=+=c （4）塔体名义厚度 n δ=12mm （5）塔体有效厚度 mm c n e 10δδ== 2.1.2 封头厚度计算 （1）计算厚度 mm Pc t PcDi 5.72 .15.085.017021800 2.15.0][2=?-???=?-= ?δδ （2）设计厚度 mm c 5.9c =+=δδ （3）名义厚度 mm n 12=δ （3）有效厚度 mm c n e 10=-=δδ 2.2 塔设备质量载荷计算 2.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量 m 01 （1）圆筒质量 m 1=4.1971979.36536=×Kg （2）封头质量 m 2=8.67624.338=×Kg （3）裙座质量 m 3=2.164006.3536=×Kg 说明：1 塔体圆筒总高度为36.79m ； 2查得DN1800mm ，厚度10mm 的圆筒质量为536Kg/m ； 3 查得 DN1800mm ，厚度10mm 的椭圆形封头质量为338.4Kg/m ； 4 裙座高度3060mm 。
第一章塔内件的选型 (2) 1.2 液体分布器的选型 (3) 1.3 液体再分布器 --—升气管式液体再分布器 (5) 1.4 填料支承装置 --- 驼峰支撑 (6) 1.6气体和液体的进出口装置设计........................................................................ 1.6.1 气体和液体的进出口直径的计算........................................................ 1.7 接管法兰尺寸................................................................................................... 1.8塔体人孔设置及选型........................................................................................ 1.9裙座的选择........................................................................................................ 1.11 开孔补强......................................................................................................... 1.11.1接管补强............................................................................................... 1.11.2人孔补强............................................................................................... 第二章填料塔的机械设计............................................................................................ 2.1 填料塔机械设计简介....................................................................................... 2.2塔机械性能设计基本参数................................................................................ 2.2.1 塔设计地区状况.................................................................................... 2.2.2 塔的设计参数...................................................................................... 2.2.3 塔的危险截面的确定............................................................................ 2.3按设计压力计算塔体和封头的壁厚................................................................ 2.4设备质量载荷的计算........................................................................................ m ....................................................................... 2.4.1 塔壳体和裙座质量01 m ............................................................................. 2.4.2 塔内填料的质量02 2.4.3 平台扶梯的质量 m ............................................................................. 03 2.3.4 操作时物料的质量 m ......................................................................... 04 2.4.4 塔附件的质量........................................................................................ 2.4.5 塔设备各种质量.................................................................................... 2.5风载荷与风弯矩的计算.................................................................................... 2.4.1 塔设备的分段........................................................................................ 2.4.2 各段的风载荷........................................................................................
常减压精馏塔机械设计 DN4200/DN3000 减压塔机械设计摘要本设计是对工艺设计中的常滴油精馏塔进行设计，设计过程主要依据GB150-1998《钢制压力容器》标准和 JB/T4710-2005《钢制塔式容器》标准进行设计计算的。该减压塔采用的是变径板式塔结构，并采用单溢流型塔盘与泡罩塔盘，操作介质为常底油。精馏塔是目前石油化工领域应用的最多的塔设备。在说明部分中，主要介绍塔设备在石油化工生产中的作用、地位、发展现状、特点以及分类，优先选用板式塔的条件，以及舌型塔盘和泡罩塔盘的结构和优缺点，同时又对塔的材料选择，筒体和封头的选用进行了说明和论述。接下来又介绍了塔的附属构件结构，对筒体、裙座、封头、吊柱、地脚螺栓座、基础换班、筋板的选用进行了介绍并且校核了他们的强度，同时也对裙座与通体的连接方式与结构进行了说明。在计算部分主要是针对塔体的筒体、封头的材料选择、壁厚的选取进行了计算，还有稳定性的校核。对自振周期、地震载荷、风载荷进行了计算，同事又进行了该筒体的轴向强度以及稳定性的校核，全做的设计计算及其校核，地脚螺栓座的设计及其强度校核、筋板、盖板及开孔补强的设计计算校核。最后经过计算以及强度校核，设计出合理的减压精馏塔的结构，并绘制出图纸。关键词:筒体、封头、强度、校核。1 说明部分1.1 前言在石油炼化厂的生产装置中，气-液和液-液 2 相直接接触进行传质传热的工艺很多。例如，精馏、吸收、解吸、萃取和气体增湿等。这些公益大多数都在塔内完成。因此，塔设备的性能对炼油、化工装置的生产能力、产品质量与消耗指标以及三废处理以及环境保护等各个方面都有较大影响。据统计，在石油炼化厂中，塔设备的投资额占到总投资额的 10-20，塔设备消耗的钢材量占总投资刚才量的 25-30。塔设备之所以被大量采用，是因为它可以为气-液之间的传质传热提供了适宜的条件。这些条件除了维持一定的塔内压力、温度、气液流量以外，一些特定的塔内件还从
目录 第一章前言 ................................................................................. 错误!未定义书签。 塔设备设计简介 .................................................................. 错误!未定义书签。 填料塔结构简介 .................................................................. 错误!未定义书签。第二章设计方案的确定 ............................................................. 错误!未定义书签。 装置流程的确定 .................................................................. 错误!未定义书签。 吸收剂的选择 ...................................................................... 错误!未定义书签。 填料的选择 .......................................................................... 错误!未定义书签。 材料选择 .............................................................................. 错误!未定义书签。第三章工艺参数 ......................................................................... 错误!未定义书签。第四章机械设计 ......................................................................... 错误!未定义书签。 塔体厚度计算 ...................................................................... 错误!未定义书签。 封头厚度计算 ...................................................................... 错误!未定义书签。 填料塔的载荷分析及强度校核 .......................................... 错误!未定义书签。 塔体的水压试验 .................................................................. 错误!未定义书签。 水压试验时各种载荷引起的应力 .............................. 错误!未定义书签。 水压试验时应力校核 .................................................. 错误!未定义书签。第五章零部件选型 ..................................................................... 错误!未定义书签。 人孔 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 法兰 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 除雾沫器 .............................................................................. 错误!未定义书签。 填料支撑板 .......................................................................... 错误!未定义书签。
毕业设计（论文） 2013 届 题目CS2和CCl4精馏塔的工艺和机械设计专业化工设备与维修技术
毕业论文（设计）任务书 1、论文（设计）题目：CS2和CCl4精馏塔的工艺 和机械设计 2、论文（设计）要求： （1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，最好是独立完成。 （2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。（3）主题明确，思路清晰。 （4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。 （5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。 （6）所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。 3、论文（设计）日期：任务下达日期 2013.3.4 完成日期 2013.4.10 4、指导教师签字：
CS2和CCl4精馏塔的工艺和机械设计 摘要：本次设计的目的是通过精馏操作来完成二硫化碳和四氯化碳混合溶液的分离，从而获得较高浓度的轻组分二硫化碳。精馏是利用混合液中各组分挥发度不同而达到分离要求的一种单元操作。本设计详细阐述了设计的各部分内容，计算贯穿在整个设计中。本设计包括蒸馏技术的概述、精馏塔工艺尺寸的计算、塔板校核、精馏塔结构的设计、筒体及各部件材料的选择、筒体各处开孔补强的设计、塔体机械强度的校核及精馏塔装配图的绘制等主要内容。 关键字：精馏塔，塔板校核，开孔补强，机械强度。
目录 1.概论 (1) 1.1蒸馏技术背景、基本概念和分类 (1) 1.1.1蒸馏技术背景 (1) 1.1.3蒸馏技术分类 (1) 1.2塔设备的作用和类型 (2) 1.2.1塔设备的作用 (2) 1.2.2塔设备的类型 (2) 1.3蒸馏技术节能 (3) 1.4现在蒸馏技术面临的机遇和挑战 (3) 1.5本设计中的方案选择 (4) 2.精馏塔设计任务书 (6) 2.1设计题目：二硫化碳—四氯化碳精馏塔设计 (6) 2.2设计任务及操作条件 (6) 2.3设计内容 (6) 2.4设计基础数据 (7) 3．各部分结构尺寸的确定和设计计算 (8) 3.1.物料衡算 (8) 3.2全塔物料衡算 (8) 3.3塔板数的确定 (8) 3.4塔工艺条件及物性数据计算 (11) 3.4.1操作压强的计算P m (11) 3.4.3精馏塔气相密度 (11) 3.4.4精馏塔液相密度 (11) 3.5精馏塔气液负荷计算 (12) 3.6精馏塔和塔板的主要工艺尺寸的计算 (13) 3.6.1塔径的计算 (13) 3.6.2塔高计算 (14)
化工设计任务书 （一）设计题目：水吸收丙酮填料塔设计 （二）设计任务及操作条件 1）气体处理量2200Nm3 /h 2）进塔气体含丙酮1.82%（Vol），相对湿度70%，湿度35。C 3）进塔吸收剂（清水）的温度 25。C水洗 4）丙酮吸收率95% 5）操作压强：常压 （三）设备内容 1．设计方案的确定及流程说明 2．填料塔的塔径、塔高及填料层压降的计算 3．填料塔附属结构的选型及设计 4．塔的机械强度校核 5．设计结果列表或设计一览表 6．填料塔的装配图 7．对设计结果的自我评价、总结与说明 (四) 设计主要参考书 [1] 柴诚敬等，化工原理课程设计，天津科学技术出版社 [2] 潘国昌等，化工设备设计，清华大学出版社 [3] 顾芳珍，化工设备设计基础，天津大学出版社，1997 [4] 化工设备设计中心站，材料与零部件，上海科学技术出版社，1982 [5] 化学工业部化工设计公司主编，化工工艺算图第一册常用物料物性数据， 化学工业出版社，1982 [6] 机械设计手册，化学工业出版社，1982 [7] 茅晓东，典型化工设备机械设计指导，华东理工大学出版社，1995 [8] 刁玉玮，化工设备机械基础，大连理工大学出版社 [9] 贺匡国，简明化工设备设计手册，化工出版社 [10] GB150-89 钢制压力容器（全国压力容器标准委员会）学苑出版社
化原部分 [设计计算] （一）设计方案的确定 用水吸收丙酮属易溶气体的吸收过程为提高传质效率，选用逆流吸收过程。因用水作吸收剂，若丙酮不作为产品，则采用纯溶剂；若丙酮作为产品，则采用含一定丙酮的水溶液。现以纯溶剂为例进行设计。 （二）填料的选择 对于水吸收丙酮的过程，操作温度及操作压力较低，塑料可耐一般的酸碱腐蚀，所以工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，阶梯环填料气体通量大、流动阻力小、传质效率高，故此选用D N 38聚丙烯阶梯环填料。 （三）基础物性数据 1.液相物性数据 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册 [ 1 ] 查得，25℃时水的有关物性数据如下： 密度为 3997.08/L kg m ρ= 粘度为 0.8937 3.2173/()L mPa s kg m h μ=?=? 表面张力为 272.14/934934.4/L dyn cm kg h σ== 查手册 [ 2 ]丙酮在水中的扩散系数为 ： [ 3 ]L D 式中 L D ————丙酮在水中的扩散系数，2m s T ————温度，K ； μ————溶液的黏度，Pa s ?； B M ————容积的摩尔质量，/kg kmol ； A υ—————溶质的摩尔体积，3/m kmol B φ————溶剂的缔合因子（水为2.26） 52621.6510 5.9410/L D m s m h --=?=? 2.气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 =0.018258.080.98182929.53/m V i i M y M kg kmol =?+?=∑ 混合气体的平均密度为 161/21/20.6 1.17310B B A L M T D φμυ-?=