《化工设备机械基础课程设计》
设计任务书
班级：姓名：学号：指导教师：
一、设计时间安排
从第16周（2012年06月05日）至第18周（2012年06月20日）
二、设计内容安排
1. 塔设备的结构设计
包括：塔盘结构，塔底、塔顶空间，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等。
2. 塔体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核
（1）根据设计压力初定壁厚；
（2）计算危险截面的重量载荷、风载荷、地震载荷及偏心载荷；
（3）计算危险截面的由各种载荷作用下的轴向应力；
（4）计算危险截面的组合轴向拉应力和组合轴向压应力，并进行强度和稳定性校核。
3. 筒体和裙座水压试验应力校核
4. 裙座结构设计及强度校核
包括：裙座体、基础环、地脚螺栓
5. 编写设计计算书一份
6. 绘制3号装配图一张
三、设计条件
设备类型：浮阀塔设备（塔顶无偏心载荷）；
设置地区环境：
基本风压：qo=400N/㎡;
设计地震烈度：7度；
场地土：Ⅱ类。
设计参数：
1.塔体内径Di=1400 mm，1600mm，1800mm
塔高取H=35000mm
2.工作压力Pc=1.1 MPa，1.2MPa，1.3MPa，1.4 MPa，1.5 MPa无安全泄放
装置。
工作温度t=100℃，150℃，200℃，250℃，300℃
3.设置地区：北京。
4.塔内装有N=60层浮阀塔盘，每块塔盘上存留介质层高度为hw=100mm，
介质密度为ρ1=800kg/m3，板间距HT=400m。
5.沿塔每高5m左右开设一个人孔，人孔数为7个，相应在人孔处安装半圆
形平台7个，平台宽度为B=800mm，高度为1000mm。
6.塔外保温层厚度为δe=100mm，保温材料密度为ρ2=300kg/m3
7.塔体与裙座悬挂一台再沸器，其操作质量为me=4000kg，偏心距
e=2000mm
8.塔体封头材料可以选择16Mn，16MnR。
9.裙座材料可选用Q235-A，Q235-B
10.塔体与裙座采用对接焊，塔体焊接接头系数φ=0.85
11.筒体与封头附加厚度C1按钢板厚度确定，C2重度腐蚀情况。
四、设计要求
1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计；
2.设计计算书一律采用A4纸，图纸一律采用Auto CAD绘制；
3.画图结束后，将图纸按照统一要求折叠，同设计计算书一同在设计期间
最后一天的17点前，由班长负责统一交到化工教研室304。
4.根据设计计算书、图纸及平时表现综合评分。
五、设计说明书的内容
1.符号说明
2.前言
（1）设计条件；
（2）设计依据；
（3）设备结构形式概述。
3.材料选择
（1）选择材料的原则；
（2）确定各零、部件的材质；
（3）确定焊接材料。
4.绘制结构草图
（1）按照工艺要求，绘制工艺结构草图；
（2）确定裙座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示；
（3）标注形位尺寸。
5.塔体及裙座壁厚设计
（1）筒体、封头及裙座壁厚设计；
（2）焊接接头设计；
（3）压力试验验算。
6.标准化零、部件选择及补强计算：
（1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，
PN,DN,法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。
（2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。
（3）其它标准件选择。
7.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。
8.主要参考资料。
【设计要求】：
1.计算单位一律采用国际单位；
2.计算过程及说明应清楚；
3.所有标准件均要写明标记或代号；
4.设计计算书目录要有序号、内容、页码；
5.设计计算书中与装配图中的数据一致。如果装配图中有修改，在说明书中
要注明变更；
6.格式工整，字迹清晰，层次分明；
7.设计计算书要有封面和封底，均采用A4纸，横向装订成册。
六、主要参考资料
1. 《化工设备机械基础》第五版刁与玮王立业编著2003.3；
2. 《化工单元过程与设备设计》匡国柱史启才主编；
3.《化工制图》华东化工学院制图教研室编人民教育出版社1980；
4.《化工设备机械基础》参考资料；
5.《钢制压力容器》GB150-1998；
6.《钢制塔式容器》JB4710-1992；
7. GB151-1999 《管壳式换热器》1999年；
8.《压力容器安全技术监察规程》国家质量技术监督局1999年。
板式塔设计 概述 本章符号说明 英文字母 A a——塔板开孔区面积，m2； A f——降液管截面积，m2； A0——筛孔总面积，m2； A T——塔截面积，m2； c0——流量系数，无因次； C——计算u max时的负荷系数，m/s； C s——气相负荷因子，m/s； d0——筛孔直径，m； D——塔径，m； ev——液沫夹带量,kg(液)/kg(气)； E——液流收缩系数，无因次; E T——总板效率，无因次； F——气相动能因子，kg1/2/(s·m1/2)； F0——筛孔气相动能因子，kg1/2/(s·m1/2)； h1——进口堰与降液管间的水平距离，m； h c——与干板压降相当的液柱高度，m液柱； h d——与液体流过降液管的压降相当的液柱高度，m：h f——塔板上鼓泡层高度，m； h l——与板上液层阻力相当的液柱高度，m； h L——板上清液层高度，m； h0——降液管的底隙高度，m； h ow——堰上液层高度，m； h w——出口堰高度，m； h′w——进口堰高度，m； hσ——与克服σ的压降相当的液柱高度，m；H——板式塔高度; H B——塔底空间高度，m； H d——降液管内清液层高度，m； H D——塔顶空间高度，m； H F——进料板处塔板间距，m ；
H P——人孔处塔板间距，m； H T——塔板间距，m； H1——封头高度，m； H2——裙座高度，m； K——稳定系数，无因次； l W——堰长，m； L h——液体体积流量，m3/h； L S——液体体积流量，m3/s； n——筛孔数目； N T——理论板层数； P——操作压力，Pa； △P——压力降，Pa； △P p——气体通过每层筛板的压降，Pa；r——鼓泡区半径，m； t——筛孔的中心距，m； u——空塔气速，m/s； u F——泛点气速，m/s u0——气体通过筛孔的速度，m/s； u0.min——漏液点气速，m/s； u′0——液体通过降液管底隙的速度，m/s；V h——气体体积流量，m3/h； V S——气体体积流量，kg/s； W L——液体质量流量，kg/s； W V——气体质量流量，kg/s； W c——边缘无效区宽度，m； W d——弓形降液管宽度，m； W s——破沫区宽度，m； Z——板式塔的有效高度，m； 希腊字母 β——充气系数，无因次； δ——筛板厚度，m θ——液体在降液管内停留时间，s；μ——粘度，Pa·s； ρ——密度，kg/m3； σ——表面张力，N/m； φ——开孔率或孔流系数，无因次；
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、
塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。 根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。 板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。 填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。 目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 本章重点介绍板式塔的塔板类型，分析操作特点并讨论浮阀塔的设计，同时还介绍各种类型填料塔的流体流体力学特性和计算。 第1节板式塔 板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便 3.1.1塔板类型 按照塔内气液流动的方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。 错流塔板：塔内气液两相成错流流动，即流体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，但对整个塔来说，两相基本上成逆流流动。错流塔板降液管的设置方式及堰高可以控制板上液体流径与液层厚度，以期获得较高的效率。但是降液管占去一部分塔板面积，影响塔的生产能力；而且，流体横过塔板时要克服各种阻力，因而使板上液层出现位差，此位差称之为液面落差。液面落差大时，能引起板上气体分布不均，降低分离效率。错流塔板广泛用于蒸馏、吸收等传质操作中。 逆流塔板亦称穿流板，板间不设降液管，气液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。栅板、淋降筛板等都属于逆流塔板。这种塔板结构虽简单，板面利用率也高，但需要较高的气速才能维持板上液层，操作范围较小，分离效率也低，工业上应用较少。 本教材只介绍错流塔板。
《化工设备设计基础》 课程设计计算说明书 学生姓名：学号： 所在学院： 专业： 设计题目： 指导教师： 2011年月日 目录 一.设计任务书 (2)
二.设计参数与结构简图 (4) 三.设备的总体设计及结构设计 (5) 四.强度计算 (7) 五.设计小结 (13) 六.参考文献 (14) 一、设计任务书 1、设计题目 根据《化工原理》课程设计工艺计算内容进行填料塔（或板式塔）设计。
设计题目： 各个同学按照自己的工艺参数确定自己的设计题目：填料塔（板式塔）DNXXX设计。 例：精馏塔（DN1800）设计 2、设计任务书 2.1设备的总体设计与结构设计 （1）根据《化工原理》课程设计，确定塔设备的型式(填料塔、板式塔)； （2）根据化工工艺计算，确定塔板数目(或填料高度)； （3）根据介质的不同，拟定管口方位； （4）结构设计，确定材料。 2.2设备的机械强度设计计算 （1）确定塔体、封头的强度计算。 （2）各种开孔接管结构的设计，开孔补强的验算。 （3）设备法兰的型式及尺寸选用；管法兰的选型。 （4）裙式支座的设计验算。 （5）水压试验应力校核。 2.3完成塔设备装配图 （1）完成塔设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。 （2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。 3、原始资料 3.1《化工原理》课程设计塔工艺计算数据。 3.2参考资料： [1] 董大勤.化工设备机械基础[M].北京：化学工业出版社，2003. [2] 全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S]． [3] GB150-1998.钢制压力容器[S]． [4] 郑晓梅.化工工程制图化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002. [5] JB/T4710-2005.钢制塔式容器[S]． 4、文献查阅要求
板式塔设备机械设计
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
1 板式塔设备机械设计任务书 1.1 设计任务及操作条件 试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计 已知条件为：塔体内径mm D i 2000=，塔高m 30，工作压力为MPa 2.1，设计温度为300℃，介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用16MnR ，裙座选用A Q -235。 1.2 设计内容 （1）根据设计条件选材； （2）按设计压力计算塔体和封头壁厚； （3）塔设备质量载荷计算； （4）风载荷与风弯矩计算； （5）地震载荷与地震弯矩计算； （6）偏心载荷与偏心弯矩计算； （7）各种载荷引起的轴向应力； （8）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； （9）塔体水压试验和吊装时的应力校核； （10）基础环设计； （11）地脚螺栓计算； （12）板式塔结构设计。 1.3.设计要求： （1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（A3图纸）
2 塔设备已知条件及分段示意图 已知设计条件 分段示意图 塔体内径i D 2000mm 塔体高度H 30000mm 设计压力P 1.2MPa 设计温度t 300℃ 塔 体 材料 16MnR 许用应力 [σ] 170MPa [σ]t 144MPa 设计温度下弹性模量E MPa 51086.1? 常温屈服点s σ 345MPa 厚度附加量C 2mm 塔体焊接接头系数φ 0.85 介质密度ρ 3/800m kg 塔盘数N 55 每块塔盘存留介质层高度w h 100mm 基本风压值0q 500N/㎡ 地震设防烈度 7度 场地土类别 II 类 地面粗糙度 B 类 偏心质量e m 4000kg 偏心距e 2000mm 塔外保温层厚度s δ 100mm 保温材料密度2ρ 3/300m kg 材料 Q235-A 裙 座 许用应力t s ][σ 86MPa 常温屈服点s σ 235MPa 设计温度下弹性模量s E
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) 2.2.5 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 各种载荷质量汇总 (7) 2.3 风载荷与风弯矩的计算 (8) 2.3.1 风载荷计算 (8) 2.3.2 风弯矩的计算 (9) 2.4 地震弯矩计算 (10) 2.5 偏心弯矩的计算 (11) 2.6 各种载荷引起的轴向应力 (11) 2.6.1 计算压力引起的轴向应力 (11) 2.6.2 操作质量引起的轴向压应力 (11) 2.6.3 最大弯矩引起的轴向应力 (12) 2.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 (13) 2.7.1 截面的最大组合轴向拉应力校核 (13) 2.7.2 塔体与裙座的稳定性校核 (13) 2.8 塔体水压试验和吊装时代应力校核 (16)
2.8.1 水压试验时各种载荷引起的应力 (16) 2.8.2 水压试验时应力校核 (16) 2.9 基础环设计 (17) 2.9.1 基础环尺寸 (17) 2.9.2 基础环的应力校核 (17) 2.9.3 基础环的厚度 (18) 2.10 地脚螺栓计算 (18) 2.10.1地脚螺栓承受的最大拉应力 (18) 2.10.2 地脚螺栓的螺纹小径 (19) 第3章塔结构设计 (20) 3.1 塔盘结构 (20) 3.2塔盘的支承 (20) 参考文献 (20) 自我总结 (20)
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 .................................................................................................................. 4 1.1 课程设计的目的 ................................................................................................... 4 1.2 课程设计的要求 ................................................................................................... 4 1.3 课程设计的内容 ................................................................................................... 4 1.4 课程设计的步骤 ................................................................................................... 4 第2章 塔体的机械计算 ................................................................................................ 6 2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度 ....................................................................... 6 2.1.1 塔体厚度的计算 ............................................................................................ 6 2.1.2 封头厚度计算 ................................................................................................ 6 2.2 塔设备质量载荷计算 ........................................................................................... 6 2.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量 m 01 ................................................................. 6 2.2.2 塔内构件质量 m 02 ......................................................................................... 7 2.2.3 保温层质量 m 03 ............................................................................................. 7 2.2.5 操作时物料质量 ............................................................................................ 7 2.2.6 附件质量 a m ............................................................................................... 8 2.2.7 充水质量w m .................................................................................................. 8 2.2.8 各种载荷质量汇总 ...................................................................................... 8 2.3 风载荷与风弯矩的计算 ....................................................................................... 9 2.3.1 风载荷计算 .................................................................................................... 9 2.3.2 风弯矩的计算 .............................................................................................. 10 2.4 地震弯矩计算 ..................................................................................................... 11 2.5 偏心弯矩的计算 ................................................................................................. 12 偏心弯矩 mm N ge m M e e ??=??==81057.1200081.98000 ............................ 12 2.6 各种载荷引起的轴向应力 ................................................................................. 12 2.6.1 计算压力引起的轴向应力 .......................................................................... 12 2.6.2 操作质量引起的轴向压应力2δ .................................................................. 12 2.6.3 最大弯矩引起的轴向应力3δ ...................................................................... 13 2.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 ......................................................... 14 2.7.1 截面的最大组合轴向拉应力校核 .............................................................. 14 2.7.2 塔体与裙座的稳定性校核 .. (14)
目录 一、概述 二、工艺说明 三、塔设备设计的步骤 四、塔设备的强度和稳定性计算 4.1塔设备的载荷分析和设计准则 4.2塔设备的载荷分析和设计准则 五、板式塔的结构设计 六、填料塔的结构设计 七、塔设备件选型 7.1、接管 7.2、除沫装置 7.3、吊柱 7.4、裙式支座 八、总结 九、参考资料
饱和塔设备设计 一、概述 塔设备的分类有按单元操作分：精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔等最常用的按塔的内件结构分：板式塔和填料塔。塔设备的总体结构均包括：塔体、内件、支座及附件 二、工艺说明 塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。本设计是把工艺参数、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结构设计。 三、塔设备设计的步骤 1 了解设计条件； 2 选材； 3 按设计压力计算塔体和封头壁厚； 4 塔设备质量载荷计算； 5 风载荷与风弯矩计算； 6 各种载荷引起的轴向应力； 7 塔体和裙座危险截面的强度和稳定校核； 8 塔体水压试验和吊装时的应力校核； 9 基础环设计； 10 塔体与裙座结构； 11 塔盘结构； 12 除沫装置； 13 设备连接； 14 塔附件。 15 塔体与裙座结构； 16 喷淋装置； 17 液体再分布器； 18 填料支承结构；。 四、塔设备的强度和稳定性计算 4.1塔设备的载荷分析和设计准则 质量载荷
1 Ｍ1-塔设备的壳体与裙座质量； 2 Ｍ2-塔设备内件质量（塔板或填料及其支撑装置）； 3 Ｍ3-保温材料质量； 4 Ｍ4-平台扶梯质量； 5 Ｍ5-操作时塔内物料质量； 6 Ｍa-人孔法兰接管等附件质量； 7 Ｍw-液压试验时塔内充液质量； 8 Ｍe-偏心质量。 9 操作质量：Ｍ= Ｍ1+ Ｍ2 +Ｍ3 +Ｍ4 +Ｍ5 +Ｍa +Ｍe 10 水压试验质量：Ｍmax= Ｍ1+ Ｍ2 +Ｍ3 +Ｍ4 +Ｍw +Ｍa +Ｍe 11 吊装质量：Ｍmin= Ｍ1+ 0.2Ｍ2 +Ｍ3 +Ｍ4 +Ｍa +Ｍe 1)自振周期 分析塔设备的振动时，一般情况下不考虑平台与外部接管的限制作用以及地基变形的影响，而将塔设备看成是顶端自由，底端刚性固定，质量沿高度连续分布的悬臂梁。其基本振型的自振周期按下式计算： 2)风载 塔设备受风压作用时，塔体会发生弯曲变形。吹到塔设备迎风面上的风压值，随设备高度的增加而增加。为计算简便，将风压值按塔设备高度分为几段，假设每段风压值各自均匀分布于塔设备的迎风面上。 3)偏心弯矩 当塔设备的外侧悬挂有分离器、再沸器、冷凝器等附属设备时，可将其视为偏心载荷。由于有偏心距e 的存在，偏心载荷在塔截面上引起偏心弯矩Me。偏心载荷引起偏心弯矩沿塔高无变化 4.2塔设备的载荷分析和设计准则 1)设备压力试验时的应力校 2)裙座轴向应力校核 3)地脚螺栓座 4)裙座与塔壳焊缝 5)塔设备法兰当量设计压力 6)塔设备设计计算实例 五、板式塔的结构设计 1)在板式塔内沿塔高装了若干层塔盘。塔盘是气、液接触的主要元件。塔盘要有一定的刚度，以维持水平，使塔盘上的液层深度相对均匀；塔盘与塔壁之间
一、设计任务 1. 结构设计任务 完成各板式塔的总体结构设计，绘图工作量折合A1图共计4张左右，具体包括以下内容： ⑴各塔总图1张A0或A0加长； ⑵各塔塔盘装配及零部件图2张A1。 2. 设计计算内容 完成各板式塔设计计算说明书，主要包括各塔主要受压元件的壁厚计算及相应的强度校核、稳定性校核等内容。 二、设计条件 1. 塔体内径mm 2000=i D ，塔高m 299.59H i =； 2.设计压力p c =2.36MPa ，设计温度为=t 90C ?； 3. 设置地区：山东省东营市，基本风压值q 0=480Pa ，地震设防烈度8度，场地土类别III 类，地面粗糙度是B 类； 4. 塔内装有N=94层浮阀塔盘；开有人孔12个，在人孔处安装半圆形平台12个，平台宽度B=900m m ，高度为1200m m ； 5. 塔外保温层厚度为δs =100m m ，保温层密度ρ2=3503m /kg ； 三、设备强度及稳定性校核计算 1. 选材说明 已知东营的基本风压值q 0=480Pa ，地震设防烈度8度，场地土类别III 类；塔壳与裙座对接；塔内装有N=94层浮阀塔盘；塔外保温层厚度为δs =100m m ，保温层密度ρ 2=350 3m /kg ；塔体开有人孔12个，在人孔处安装半圆形平台12个，平台宽度B=900m m ， 高度为1200m m ；设计压力 p c =2.36MPa ，设计温度为=t 90C ?；壳 3m m ，裙座厚度附加量2m m ；焊接接头系数取为0.85；塔内径mm 2000=i D 。 通过上述工艺条件和经验，塔壳和封头材料选用Q345R 。对该塔进行强度和稳定计算。 2. 主要受压元件壁厚计算
苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计工艺计算书（精馏段部分） 生物与化学工程系 生物工程专业 2011年11月27日
课程设计题目一——苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计 一、设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯50000t/a，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯为35%（以上均为质量%）。 二、操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压）； 2.进料热状况，自选； 3.回流比，自选； 4.塔釜加热蒸汽压力506kPa； 5.单板压降不大于0.7kPa； 6.年工作日330天，每天24小时连续运行。 三、设计内容 1.设计方案的确定及工艺流程的说明； 2.塔的工艺计算； 3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算； 4.塔内流体力学性能的设计计算； 5.塔板负荷性能图的绘制； 6.塔的工艺计算结果汇总一览表； 7.辅助设备的选型与计算； 8.生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制； 9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。 四、基础数据 p（mmHg） 1.组分的饱和蒸汽压 i
2.组分的液相密度ρ（kg/m 3） 纯组分在任何温度下的密度可由下式计算 苯 t A 187.1912-=ρ 推荐：t A 1886.113.912-=ρ 氯苯 t B 111.11127-=ρ 推荐：t B 0657.14.1124-=ρ 式中的t 为温度，℃。 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 双组分混合液体的表面张力m σ可按下式计算： A B B A B A m x x σσσσσ+= （B A x x 、为A 、B 组分的摩尔分率） 4.氯苯的汽化潜热 常压沸点下的汽化潜热为35.3×103kJ/kmol 。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示： 38 .01238 .012??? ? ??--=t t t t r r c c （氯苯的临界温度：C ?=2.359c t ） 5.其他物性数据可查化工原理附录。 附参考答案：苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分）
摘要 筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。为完成苯-甲苯二元物系的精馏进行了相关塔设备的设计，本次设计的任务为分离进料量50000吨/年，质量分数为40%的苯-甲苯溶液，使塔顶产品苯的质量分数达到96%，塔底釜液质量分数为2%。我们对此塔进行了工艺设计，按照梯级图解法算求得理论板数为15，实际板数为27，,加料位置在第13块板。进行了塔板结构的设计，塔径1.2m，精馏段板间距0.35m，提馏段板间距为0.4m,对塔板进行了校核，均在安全操作范围内，确定了操作点，精馏段弹性操作为5.04，提馏段弹性操作为5.30，符合操作要求。最后进行辅助设备及塔高计算。本次设计包括设备分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，其设计结果满足设计任务要求，结构合理，是一次较理想的设计。 关键词：筛板塔；苯-甲苯；精馏；负荷性能图；塔设备；结构
Abstract Sieve plate tower is the main gas liquid mass transfer in chemical production equipment.To complete the binary system benzene - toluene distillation tower equipment, the use of design, the design tasks for the separation of feed rate of 50000 tons/year, the mass fraction of 40% of benzene - toluene solution, make the top products of benzene mass fraction of 96%, the bottom kettle liquid mass fraction of 2%.We for the technological design of this tower, according to the theoretical plate number obtained by cascade graphical method calculation for 15, real plate number is 27, and feeding location in 13boards.For the design of the plate structure, the tower diameter 1.2 m, plate spacing of 0.4m on the plate, are within the scope of the safety operation, determine the operating point, rectifying section elastic operation is 5.04, stripping section of the elastic operating at 5.30, conform to the requirements of the operation.Finally auxiliary equipment and height calculation.This design including equipment analysis, selection, calculation, accounting, drawing, etc., is a complete distillation process design, the design result satisfies the requirement of design task, reasonable structure, is an ideal design. Keywords: Sieve-plate tower ；Benzene-Toluene；Rectification；Load performance diagram；Distillation equipment ；structure
设计 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。 根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。 板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。 填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。 目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 本章重点介绍板式塔的塔板类型，分析操作特点并讨论浮阀塔的设计，同时还介绍各种类型填料塔的流体流体力学特性和计算。 第1节板式塔 板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便 3.1.1塔板类型 按照塔内气液流动的方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。 错流塔板：塔内气液两相成错流流动，即流体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，但对整个塔来说，两相基本上成逆流流动。错流塔板降液管的设置方式及堰高可以控制板上液体流径与液层厚度，以期获得较高的效率。但是降液管占去一部分塔板面积，影响塔的生产能力；而且，流体横过塔板时要克服各种阻力，因而使板上液层出现位差，此位差称之为液面落差。液面落差大时，能引起板上气体分布不均，降低分离效率。错流塔板广泛用于蒸馏、吸收等传质操作中。 逆流塔板亦称穿流板，板间不设降液管，气液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。栅板、
塔类课程设计参考题
1.开孔补强的原则是什么？等面积补强，极限分析补强 2.塔盘受液盘上泪孔的作用是什么？泪孔的数目如何确定？用来排除 集液 3.常用的塔体裙座有那几种类型？采用锥形裙座的条件是什么？圆筒形和圆 锥形。对于受力情况比较差，塔径小且很高的塔采用圆锥形裙座。 4.容器划分类别的依据是什么？压力等级，生产中的作用，安装方式，安全技 术管理 5.在球形封头、碟形封头、椭圆形封头中，哪一种受力最好？为什么椭圆封头 应用比较广泛？受力最好，球型封头。由于椭圆形封头应力分布比较均匀，且易于冲压成型。 6.常压塔划分为一类容器的原因是什么？压力为常压，且介质毒性和危害性较 小。 7.水压试验压力、设计压力各是如何确定的？PT=1.25P 8.筒体与裙座的连接方式有那两种？两种连接方式裙座与筒体焊缝处所受的 应力有何区别？搭接和对接。搭接焊缝承受由设备重量及弯矩长生的切应力。这种结构受力情况较差，但安装方便，可用于小型塔设备。对接焊缝主要校核在弯矩及重力作用下迎风侧焊缝的拉应力。 9.塔器在进行液压试验时的试验压力是指哪个部位的压力？最底端的压力 10.塔器在进行强度校核及直立设备验算时压应力、拉应力校核分别考虑哪种工 况？停工检修，水压试验，正常操作。 11.塔器壁厚圆整的根据是什么？钢板的规格。
12.试从工艺的角度说明变径塔产生变径的原因？精馏段与提留段 的负荷相差太大时，一般在要变径。因为中间有抽出，越向上物料越少，自然就不需要太大的塔径了 13.在选择法兰时应考虑哪些因素？螺栓预紧力、垫片性能、压紧面质量、法兰 刚度、操作条件。 14.低碳结构钢、不锈钢制成的压力容器标准规定都有一个最小壁厚，规定此最 小厚度的原因是什么？ 15.确定地脚螺栓的直径时根据什么应力来计算？剪切应力 16.塔盘有两种溢流方式，各适用于什么场合？液体在塔盘上的分布是否越均匀 越好？单溢流型和双溢流型。单溢流型结构简单，有利于提高塔板效率，双溢流型宜于塔径及液量较大时。是 17.图上所标注的厚度是什么厚度？名义厚度δn 18.设备设计、制造、验收应遵循什么样的原则？GB150.1 19.焊接接头系数如何选定？影响焊接接头系数的因素有哪些？按照焊接接头 形式选择。影响因素主要与焊接接头形式和焊缝无损检测的要求及长度比例有关。 20.一般的直立设备在安装时都有垂直度要求，若不能保证垂直度，对板式分馏 塔的分馏效率有何影响？ 21.相对而言，同样的条件下浮阀塔盘和筛板塔盘哪种处理量大？浮阀塔 处理量大 22.塔盘的强度和稳定性应如何保证？
化工原理课程设计指导书–––––板式精馏塔的设计 黄文焕
目录 绪论 (4) 第一节概述 (9) 1.1精馏操作对塔设备的要求 (9) 1.2板式塔类型 (9) 1.2.1筛板塔 (10) 1.2.2浮阀塔 (10) 1.3精馏塔的设计步骤 (10) 第二节设计方案的确定 (11) 2.1操作条件的确定 (11) 2.1.1操作压力 (11) 2.1.2 进料状态 (11) 2.1.3加热方式 (11) 2.1.4冷却剂与出口温度 (12) 2.1.5热能的利用 (12) 2.2确定设计方案的原则 (12) 第三节板式精馏塔的工艺计算 (13) 3.1 物料衡算与操作线方程 (13) 3.1.1 常规塔 (13) 3.1.2 直接蒸汽加热 (14) 第四节板式塔主要尺寸的设计计算 (15) 4.1 塔的有效高度计算 (16) 4.2 板式塔的塔板工艺尺寸计算 (19) 4.2.1 溢流装置的设计 (19) 4.2.2 塔板设计 (26) 4.2.3 塔板的流体力学计算 (29) 4.2.4 塔板的负荷性能图 (34) 第五节板式塔的结构 (35) 5.1塔的总体结构 (35) 5.2 塔体总高度 (35) 5.2.1塔顶空间H D (35) 5.2.2人孔数目 (35)
5.2.3塔底空间H B (37) 5.3塔板结构 (37) 5.3.1整块式塔板结构 (37) 第六节精馏装置的附属设备 (37) 6.1 回流冷凝器 (38) 6.2管壳式换热器的设计与选型 (38) 6.2.1流体流动阻力（压强降）的计算 (39) 6.2.2管壳式换热器的选型和设计计算步骤 (40) 6.3 再沸器 (40) 6.4接管直径 (41) 6.4加热蒸气鼓泡管 (42) 6.5离心泵的选择 (42) 附：浮阀精馏塔设计实例 (43) 附1 化工原理课程设计任务书 (43) 附2 塔板的工艺设计 (43) 附3 塔板的流体力学计算 (57) 附4 塔附件设计 (64) 附5 塔总体高度的设计 (67) 附6 附属设备设计（略） (68)
课程设计说明书酒精连续精馏板式塔的设计 学生姓名 指导老师 学院 专业 班级 学号
目录 第一部分：设计任务书 (2) 第二部分：工艺流程图 (3) 第三部分：设计方案的确定与说明 (4) 第四部分：设计计算与论证 (5) 一．板式塔的工艺计算 (5) 二．板式塔的工艺条件及物料计算 (7) 三．板式塔的主要工艺尺寸计算 (10) 四．塔板的流体力学验算 (15) 五．塔板的负荷性能图 (17) 六．主要接管尺寸计算 (20) 七．辅助设备设计定型 (22) 八．塔的总体结构 (25) 九．泵的选择 (27) 第五部分：设计结果统计 (29) 第六部分：参考资料 (30) 第七部分：心得体会 (31)
第一部分：设计任务书 一、题目：酒精连续精馏板式塔的设计 二、原始数据： 1、乙醇－水混合物，含乙醇39 %（质量），温度28 ℃; 2、产品：馏出液含乙醇93 %（质量），温度31 ℃; 3、塔底：塔底液含乙醇0.06 %（质量） 4、生产能力：日产酒精（指馏出液）9800 kg; 5、热源条件：加热蒸汽为饱和蒸汽，其绝对压强为250 kPa; 三、任务： 1、确定精馏的流程，绘出流程图，标明所需的设备、管线及其有关观测或控制所必需的仪表和装置。 2、精馏塔的工艺设计和结构设计：选定塔板型，确定塔径、塔高及进料板的位置；选择塔板的结构型式、确定塔板的结构尺寸；进行塔板流体力学的计算（包括塔板压降、淹塔的校核及雾沫夹带量的校核等）。 3、作出塔的操作性能图、计算其操作弹性。 4、确定与塔身相连的各种管路的直径。 5、计算全塔装置所用蒸汽量和冷却水用量，确定每个换热器的传热面积并进行选型，若采用直接蒸汽加热，需确定蒸汽鼓泡管的形式和尺寸。 6、其它。 四、作业份量： 1、设计说明书一份，说明书内容见《化工过程及设备设计》的绪论，其中设计说明结果概要一项具体内容包括：塔板数、塔高、塔径、板间距、回流比、蒸汽上升速度、热交换面积、单位产品热交换面积、蒸汽用量、单位产品蒸汽用量、冷却水用量、单位产品冷却水用量、操作压强、附属设备的规格、型号及数量等。 2、塔装配图（1号图纸）；塔板结构草图（35×35计算纸）；工艺流程图（35×50计算纸〕