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GB150-2019《钢制压力容器》和GB151-2019〈〈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/m 3
972 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
[]mm 14.115
.0-85.014021800
15.0p -2p c t
i c =???==
?σδD 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
[]mm 13.115
.0×0.5-85.014021800
15.00.5p -2p c t
i c =???==
?σδD
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01m
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=?=
kg 35.610675.89259496.4619m m m m 32101=++=++=
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2019mm ，厚度按10mm 计。
4.3.1.塔内构件质量02m
m 02=
04
.381775208.14
2=???π
（浮阀塔盘质量752/kg m ） 4.3.2保温层质量03m
()()[]()()[]()kg
91.207030023.107.22300
33.1111.02210.0211.0282.1785.022224
m 2
203
202
n 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
2200
(22)4
z
S i n s V D h r dz π
δδπ=
+++?
椭圆封头的曲面方程为
22222
1
x y z a b ++= 22222
2(1)z r x y a b =+=- 所以
()2
245
.00
2
2020207.2)11.011.01()
12.0012.05.0(1(04.0)1.0211.022(785.0224
m dz
z
dz
r h D V z
s n i S =++?++-
+
??+?+?=+++=
?
?ππδδπ
其壳体外容积为
'
2
2002
0.512
2
22
2
(2)40.785(220.012)0.04(1)(10.012)(0.50.012)
1.23z S
i n V D h r dz
z dz m πδππ=++=?+??+-?++=??
4.3.3.平台、扶梯质量04m
22041
[(222)(22)]42
i n s i n s P F F m D B D nq q H π
δδδδ=
+++-+++kg
79.305314
4015042
1
])1.082.111.022()9.021.082.111.0282.1[785.02
2=?+????+?+-?+?+?+?=
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
kg
V h D N h D m f i w i 5.9227972865.09725.18.1785.0972201.08.1785.04
4221
102
12
05=?+???+????=++
=
ρρπ
ρπ
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
kg m m a 59.152635.610625.025.001=?==
4.3.6.充水质量为
22020.785 1.811.33100020.8651000300274
w 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：
001020304
05
5214
3817201730549228
23384m m m m m m kg
=++++=++++= （2）塔体与裙座操作时的质量：
00102030405
5214
3817207130549228
24277m m m m m m m kg
=+++++=++++= （3）塔设备的最大质量为：
max 01020304050652143817207130548933002745076e w m m m m m m m m m kg
=+++++++=+++++=
（4）塔设备的最小质量为：
m i n 0104
5214
30548
939161m m m m kg
=++=++≈ 4.4风载荷与风弯矩计算
4.4.1.风载荷计算
eio i D L f q K K P 1041=
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 f 1——风压高度变化系数
f 1值如下：6.4—10m 段 L 1=10-6.4=3.6m 查表f 1=0.9 10—18.4m 段 L 2=18.4-10=8.4m 查表f 2=1.15
3l ——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。
30334.2e i s a D D K K δ=+++ 30340.22e i s ps b D D K d δδ=++++
3400K mm =，0400d mm =，3120s ps mm δδ==
40010000
105.042264=???==
∑L
A K
D ei =1820+2×110+400+400=2840 塔体各段风力：
)
(98.478110
284036009.000045.065.17.0106
611102111N D l f q K K P e =??????=?=)
(03.14259102840840015.100045.065.17.0106622202212N 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：
??? ?
?++++++?+??? ??
++=-2 22654321621211
0l l l l l l P l l P l P M w =7274×2800＋2376.5×(5600＋7000)=50×106N ·mm
塔底部（H 面）弯矩：
??? ?
?
+++++?+??? ??++=-22265432632322
1
1l l l l l P l l P l P M w =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10.02ξ= 则衰减指数0.050.02
0.90.950.550.02
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 =
110.02(0.05)/80.02(0.050.02)/80.024ηξ=+-=+-=
1210.050.050.02
11 1.3190.06 1.70.06 1.70.02
ξηξ--=+
=+=++?
[]s 043.016.030.05-876.0024.0-2.0319.195.01=????=）
（α 计算截面距地面高度h ：
0-0截面：h=0，1-1截面：h=2019mm
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：
00'00
101635E E M M m gH α--==
16
0.043233849.811400035
=???? 80.63310N mm =??
1-1截面：
11'11 3.5 2.5 3.5
102.5
8(10144)175E E m g M M H H h h H
α--==
-+
3.5 2.52.5
80.043233849.81(10140001414000200017514000
???=?-??? 3.542000)+?650.5310N mm =??
4.6偏心弯矩计算
7e 23009.812200 4.96310e M m ge ==??=?
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
MPa D P e i c 75.67
.6415
.0180041=??==
δσ
112233849.8 4.051800 6.7i e m g MPa D σπδπ-?===??
116
122
119.8310 4.710.7850.7851800 6.7
W i e M MPa D σδ-?===??
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： []t
σσσσ≤+=32m a x
M P a 76.871.475.4max =+=σ []M P a t
140=σ
[]M P a R E i e t cr
2.69900/7.7107
3.106.0/06.05=???==δσ
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
[][][]m a x 123m a x 140
0.851196.75
4.05
4.717.41t t t M P a M P a σσσσσφ
σφσσφ
=-+≤=?==-+=<
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
00
02450769.81
8.683.1418009
i e m g MPa D σπδ-?===??
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
00006
max max 32
2
5010 2.810.785180094
sb is es M M MPa Z D S σπ--?====?? 4.8.2.裙座底部0-0截面弯曲应力
[]t
σσσσ≤+=32max
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、
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。
第三章设备选型-精馏塔设计说明书3.1 概述 本章是对各种塔设备的设计说明与选型。 3.2设计依据 气液传质分离用的最多的为塔式设备。它分为板式塔和填料塔两大类。板式塔和填料塔均可用作蒸馏、吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，根据具体情况进行选择。设计所依据的规范如下： 《F1型浮阀》JBT1118 《钢制压力容器》GB 150-1998 《钢制塔式容器》JB4710-92 《碳素钢、低合金钢人孔与手孔类型与技术条件》HG21514-95 《钢制压力容器用封头标准》JB/T 4746-2002 《中国地震动参数区划图》GB 18306-2001 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.3 塔简述 3.3.1填料塔简述 (1)填料塔
填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成。 填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。 填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300～700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0.5-1.2 m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6-8 m3/(m2.h)以保证填料润湿，液气比控制在2-10L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。 (2)规整填料 塔填料分为散装填料、规整填料(含格栅填料) 和散装填料规整排列3种，前2种填料应用广泛。 在规整填料中，单向斜波填料如JKB，SM，SP等国产波纹填料已达到国外MELLAPAK、FLEXIPAC等同类填料水平；双向斜波填料如ZUPAK、DAPAK 等填料与国外的RASCHIG SUPER-PAK、INTALOX STRUCTURED PACKING 同处国际先进水平；双向曲波填料如CHAOPAK等乃最新自主创新技术，与相应型号的单向斜波填料相比，在分离效率相同的情况下，通量可提高25％ -35％，比国外的单向曲波填料MELLAPAK PLUS通量至少提高5％。上述规整填料已成功应用于φ6400，φ8200，φ8400，φ8600，φ8800，φ10200mm等多座大塔中。 (3)板波纹填料 板波纹填料由开孔板组成，材料薄，空隙率大，加之排列规整，因而气体通过能力大，压降小。其比表面积大，能从选材上确保液体在板面上形成稳定薄液
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
塔设备选型 1.1 设计标准 1.2 塔设备设计原则 塔设备设计应满足以下原则： (1) 生产能力大。在较大的气(汽)液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。 (2) 操作稳定、弹性大。当塔设备的气(汽)液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备应保证能长期连续操作。 (3) 流体流动阻力小，即流体透过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。 (4) 结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。 (5) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 1.3 塔型的选择 1.3.1 板式塔与填料塔的比较 精馏塔按传质元件区别可分为两大类，即板式精馏塔和填料精馏塔。根据上述要求，可对板式塔和填料塔的性能作一简要的比较，详见表1-1所示。
表1-1 板式塔与填料塔的对比 选择塔型时应考虑的因素有很多，主要有：物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔设备的制造、安装、运输和维修等，具体如下： ?与物性有关的因素 a）易起泡的物系，如处理量不大时，以选择填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。 b）具有腐蚀性的介质，可选用填料塔，如必须用板式塔，宜选用结构简单、造价便宜的筛板塔、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。 c）具有热敏性的物料需减压操作，以防过热引起分解或聚合时，应选用压力降较小的塔型，如可采用装填规整填料的塔、湿壁塔等，当要求真空度较低时，宜用筛板塔和浮阀塔。 d）粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率太差。 含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型，以板式塔为宜。可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔和孔径较大的筛板塔等。不宜使用小填料。 e）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。因塔盘上有液层，可在其中安放换热管，进行有效的加热或冷却。 ?与操作条件有关的因素 a）若气相传质阻力大(即气相控制系统，如低粘度液体的蒸馏，空气增湿等)，宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液相控制的系统，宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气体在液层中鼓泡。 b）大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流的塔型(如
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 。
塔设备选型 1.1设计标准 1.2塔设备设计原则 塔设备设计应满足以下原则： (1)生产能力大。在较大的气(汽)液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。 (2)操作稳定、弹性大。当塔设备的气(汽)液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备应保证能长期连续操作。 (3)流体流动阻力小，即流体透过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。 (4)结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。 (5)耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 1.3塔型的选择 1.3.1板式塔与填料塔的比较 精馏塔按传质元件区别可分为两大类，即板式精馏塔和填料精馏塔。根据上述要求，可对板式塔和填料塔的性能作一简要的比较，详见表1-1 所示。 表1-1 板式塔与填料塔的对比
1.3.2塔型选择时应考虑的因素 选择塔型时应考虑的因素有很多，主要有：物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔设备的制造、安装、运输和维修等，具体如下： 与物性有关的因素 a）易起泡的物系，如处理量不大时，以选择填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。 b）具有腐蚀性的介质，可选用填料塔，如必须用板式塔，宜选用结构简单、造价便宜的筛板塔、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。 c）具有热敏性的物料需减压操作，以防过热引起分解或聚合时，应选用压力降较小的塔型，如可采用装填规整填料的塔、湿壁塔等，当要求真空度较低时，宜用筛板塔和浮阀塔。 d）粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率太差。含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型，以板式塔为宜。可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔和孔径较大的筛板塔等。不宜使用小填料。 e）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。因塔盘上有液层，可在其中安放换热管，进行有效的加热或冷却。 与操作条件有关的因素 a）若气相传质阻力大（即气相控制系统，如低粘度液体的蒸馏，空气增湿等），宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液相控制的系统，宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气体在液层中鼓泡。 b）大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流的塔型（如喷射型塔盘）或选用板上液流阻力较小的塔型（如筛板和浮阀）。此外，导向筛板塔 盘和多降液管筛板塔盘都能承受较大的液体负荷。 c）低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。因为填料塔要求一定数量的喷淋密度，但网体填料能用于低液体负荷的场合。
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 。
塔设备选型 1、1 设计标准 1、2 塔设备设计原则 塔设备设计应满足以下原则: (1) 生产能力大。在较大的气(汽)液流速下,仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。 (2) 操作稳定、弹性大。当塔设备的气(汽)液负荷量有较大的波动时,仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作,并且塔设备应保证能长期连续操作。 (3) 流体流动阻力小,即流体透过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗,以降低操作费用。对于减压蒸馏操作,较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。 (4) 结构简单、材料耗用量小、制造与安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。 (5) 耐腐蚀与不易堵塞,方便操作、调节与检修。 1、3 塔型的选择 1、3、1 板式塔与填料塔的比较 精馏塔按传质元件区别可分为两大类,即板式精馏塔与填料精馏塔。根据上述要求,可对板式塔与填料塔的性能作一简要的比较,详见表1-1所示。 表1-1 板式塔与填料塔的对比
选择塔型时应考虑的因素有很多,主要有:物料性质、操作条件、塔设备的性能,以及塔设备的制造、安装、运输与维修等,具体如下: ?与物性有关的因素 a)易起泡的物系,如处理量不大时,以选择填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂,在板式塔中则易引起液泛。 b)具有腐蚀性的介质,可选用填料塔,如必须用板式塔,宜选用结构简单、造价便宜的筛板塔、穿流式塔盘或舌形塔盘,以便及时更换。 c)具有热敏性的物料需减压操作,以防过热引起分解或聚合时,应选用压力降较小的塔型,如可采用装填规整填料的塔、湿壁塔等,当要求真空度较低时,宜用筛板塔与浮阀塔。 d)粘性较大的物系,可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率太差。 含有悬浮物的物料,应选择液流通道较大的塔型,以板式塔为宜。可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔与孔径较大的筛板塔等。不宜使用小填料。 e)操作过程中有热效应的系统,用板式塔为宜。因塔盘上有液层,可在其中安放换热管,进行有效的加热或冷却。 ?与操作条件有关的因素 a)若气相传质阻力大(即气相控制系统,如低粘度液体的蒸馏,空气增湿等),宜采用填料塔,因填料层中气相呈湍流,液相为膜状流。反之,受液相控制的系统,宜采用板式塔,因为板式塔中液相呈湍流,用气体在液层中鼓泡。 b)大的液体负荷,可选用填料塔,若用板式塔时,宜选用气液并流的塔型(如喷射型塔盘)或选用板上液流阻力较小的塔型(如筛板与浮阀)。此外,导向筛板塔盘与多降液管筛板塔盘都能承受较大的液体负荷。 c)低的液体负荷,一般不宜采用填料塔。因为填料塔要求一定数量的喷淋密度,但网体填料能用于低液体负荷的场合。
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
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)
塔型选择一般原则 合理选择塔型是做好塔设备设计的首要环节。选择时应考虑的主要因素有：物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔设备的制造、安装、操作和维修等。 （1）与物性有关的因素 a、易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂，板式塔则易引起液泛。 b、具有腐蚀性的介质，可选用填料塔。如必须用板式塔，宜选用结构简单、造价便宜的筛板塔盘、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便于更换。 c、具有热敏性的物料减压操作，以防过热引起分解或聚合，故应选用压力降较小的塔型，如采用装填规整填料的塔、湿壁塔等。当要求真空度较低时，宜用筛板塔或浮阀塔。 d、粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料的填料塔，板式塔的传质效率则太差。 e、含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型，以板式塔为宜。可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔或孔径较大的筛板塔
等，不宜使用小填料。 f、操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。板式塔的塔盘上积有液层，可在其中安装换热管，进行有效的回执或冷却。 （2）与操作条件有关的因素 a、若气相传质阻力大，宜采用填料塔，填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液要控制的系统，宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气体在液层中鼓泡。 b、大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时宜选用气液并流的塔型，如喷射型塔盘或用板上液流阻力较小的塔型，如筛板和浮阀。此外，导向筛板塔盘和多降液管筛板塔盘都能承受较大的液体负荷。 c、低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。 d、液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔故当液气比波动较大时宜用板式塔。 e、操作弹性，板式塔较填料塔大，其中以浮阀塔为最大，泡罩塔次之，一般地说，穿流式塔的操作弹性较小。 （3）其它因素
第六部分 塔内件机械强度设计及校核 6.1精馏塔筒体和裙座壁厚计算 选用16MnR 钢板，查《化工设备机械基础》表9-4得：，MPa 170][t =δ焊接采用双面焊 100%无损探伤检查，焊接接头系数00.1=?，则由筒体的计算厚度为： []0.11182300 0.76()2217010.1118 c i p D c mm t p δσ??= ==-??- 查《化工设备机械基础》表9-10得mm C 8.01=，加上壁厚附加量C=2mm ，并圆整，还考虑刚度、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 为8mm ，则 有效厚度 826mm e n C δδ=-=-=（） 应力校核： 采用水压试验，试验压力为 [][] 1701.25 1.250.11180.14 170T t p p MPa σσ==??=（） 压力试验时的薄膜应力 ()e T δδσ2D p e i T += 故() 0.142300626.9()26 T MPa σ?+= =? 查表9-4，16MnR 的 MPa s 345=σ 故0.90.91345310.5()26.9MP s T MPa a ?σσ=??==＞ 所以满足水压试验要求。 封头采用标准椭圆封头 6.2精馏塔塔的质量载荷计算 6.2.1塔壳和裙座的质量 圆筒质量 塔体圆筒总高度Z 8m = ()14 2 2 i D -D Z m π ρ= ()2 232.316 2.300137.85105916.554 kg π = -???= 6.2.2封头质量 查的DN2300，壁厚8mm 的椭圆形封头的质量为251kg ，则 kg 5022251m 2=?=
设备设计与选型 7.1全厂设备概况及主要特点 全厂主要设备包括反应器6台，塔设备3台，储罐设备8台，泵设备36台，热交换器19台，压缩机2台，闪蒸器2台，倾析器1台，结晶器2台，离心机1台，共计80个设备。 本厂重型机器多，如反应器、脱甲苯塔、脱重烃塔，设备安装时多采用现场组焊的方式。 在此，对反应器、脱甲苯塔等进行详细的计算，编制了计算说明书。对全厂其它所有设备进行了选型，编制了各类设备一览表（见附录）。 7.2反应器设计 7.2.1概述 反应是化工生产流程中的中心环节，反应器的设计在化工设计中占有重要的地位。 7.2.2反应器选型 反应器的形式是由反应过程的基本特征决定的，本反应的的原料以气象进入反应器，在高温低压下进行反应，故属于气固相反应过程。气固相反应过程使用的反应器，根据催化剂床层的形式分为固定床反应器、流化床反应器和移动床反应器。 1、固定床反应器 固定床反应器又称填充床反应器，催化剂颗粒填装在反应器中，呈静止状态，是化工生产中最重要的气固反应器之一。
固定床反应器的优点有： ①反混小 ②催化剂机械损耗小 ③便于控制 固定床反应器的缺点如下： ①传热差，容易飞温 ②催化剂更换困难 2、流化床反应器 流化床反应器，又称沸腾床反应器。反应器中气相原料以一定的速度通过催化剂颗粒层，使颗粒处于悬浮状态，并进行气固相反应。流态化技术在工业上最早应用于化学反应过程。 流化床反应的优点有： ①传热效果好 ②可实现固体物料的连续进出 ③压降低 流化床反应器的缺点入下： ①返混严重 ②对催化剂颗粒要求严格 ③易造成催化剂损失 3、移动床反应器 移动床反应器是一种新型的固定床反应器，其中催化剂从反应器顶部连续加入，并在反应过程中缓慢下降，最后从反应器底部卸出。反应原料气则从反应器底部进入，反应产物由反应器顶部输出，在移动床反应器中，催化剂颗粒之间没有相对移动，但是整体缓慢下降，是一种移动着的固定床，固得名。 本项目反应属于低放热反应，而且催化剂在小试的时候曾连续运行1000
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。