塔设备设计说明书

1、24 NOVember 2020化工设备机械基础塔设备设计课程设计说明书学院：木工学院班级：林产化工O 8学号：姓名：万永燕郑舒元分组：第四组目录前言摘要塔设备是化工、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，蒸镭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

2、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。蒸镭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。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

3、，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、清理方便关键字塔体、封头、裙座、。第二章设计参数及要求符号说明PC计算压力，MPa ；Di圆筒或球壳内径，M ；Pw圆筒或球壳的最大允许工作压力，MP"；&圆筒或球壳的计算厚度m ；/n圆筒或球壳的名义厚度I mm ；/ e圆筒或球壳的有效厚度，；Ir圆筒或球壳材料在设计温度下的许用应力，MP"； 夕圆筒或球壳材料在设计温度下的计算应力，MPa ； 焊接接头系数；C 厚度附加量，加；.设

4、计参数及要求1.2.1设计参数设计参数工作压力塔体内径1200计算压力塔高28680工作温度120设计寿命设计温度150浮阀规格介质名称浮阀间距介质密度800保温材料厚度100传热面积保温材料密度300基本风压400塔盘上存留介质 层咼度100地震基本烈度9壳体材料16MnR场地类别II内件材料塔形42裙座材料Q-235-A塔板数目偏心质量4000塔板间距偏心距2000腐蚀速率1.2.2设计要求(1) 塔体内径Di二1200 mm,塔高近似取H=28680mmo(2) 计算压力PC = 0.20I设计温度t=200Coo 设计地区：基本风压值=400N凡 地震设防烈度为8度，场地土类：I类，设

5、计地震分组：第二组，设计基本地震加速度为。(4) 塔内装有*26层浮阀塔，每块塔盘上存留介质层高度为九=60m",介质密度 为 Pl =794.5w(5) 沿塔高每6块塔板左右开设一个手孔，手孔数为3个，相应在手孔处安装半圆 形平台3个，平台宽度为B=800mm,高度为IOOOmmO(6) 塔外保温层的厚度为Q = 100"操作质量为= 200Okg/F. o(7) 塔体与封头材料选用16M"R,其中 = 170Mpd,b= 170MPa .s = 345 MPa f(8) 裙座材料选用Q235-Ao(9) 塔体与裙座对接焊接，塔体焊接接头系数0 = 0.85。(

6、10) 塔体与封头厚度附加量C=2mm1裙座厚度附加量C二2mm。第二章材料选择概论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。这是因为钢材具有猪狗的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经 验也比较成熟，因此，在大型的塔设备中，钢材更具有无法比拟的有点。塔体材料选择设计中塔体的材料选择是：16M”/?；塔体是塔设备的外壳，由等直径和等壁厚的 圆筒和两个封头组成，塔体除满足工艺条件下的强度、刚度外，还应考虑风力、地 震、偏心载荷所英气的强度、刚度问题，以及吊装、运输、检验、开停工作等的影 响，所以选择塔体的材料很重要。裙座材料的选择设计中裙座材料的选择是

7、：Q235-A ；塔体裙座是塔体安放到基础上的连接部分，它 必须保证塔体坐落在确定位置上进行正常工作，为此，它应当具有足够的强大和刚 度，能够承受各种操作情况下的全塔质量，以及风力、地震等引起的载荷。第三章塔体的结构设计及计算按计算压力计算塔体和封头厚度(1) 塔体厚度计算取5=4mm,考虑厚度附加量C=2mm,经圆整 取Jn = Smm , e = Gmnl O(2) 封头厚度计算采用标准椭圆形封头：5 =f=竺空=3.74M2 0- 代 2×170×0.85-0.5×0.9'取 =4mn考虑厚度附加量C=2mm经圆整后，取=, e = 6mrn O塔设

8、备质量载荷计算1、筒体圆筒、封头、裙座质量如圆筒质量：= 265 X 26.38 = 6990.7kg封头质量：=130×1.2 = 156裙座质量：加3 = 265 × 2.2 = 582 kg说明：(1)塔体圆筒的总高度为70 = 26.38/WH(2)查得DN = I200D 厚度8個的圆筒质量为265n 查得DN = 200mmt厚度8"的椭圆形封头质量为13Okgm（4）裙座高度为202Omm2、塔内构件质量加02（由表8-1查得浮阀塔盘质量为75kgm2）3、保温层质量S3其中 “）3为保温层的质量，kg4、平台、扶梯质量如叫=彳(D, + 2n +2

9、+2B-(Di+ 25” + 2J)2 耳 HqP +qFXHF= 0.785×(l .2 + 2×0.008+2×0J + 2xl)'-(1.2 + 2x0.008 +2×0.l)2×O.5×3× 150+40×39l =5262明：由表8-1查得，平台质量qp=l50kgm2 ；笼式扶梯质量"=40n ；笼式扶梯总、高HF =397 ；平台数量n=8o4、操作时物料质量说明：物料密度/91=800,塔釜圆筒部分深度h=,塔板层数N=42.,塔板上液 层高度hw=0m,由表4-21查得，封头容积

10、V, =-Dj3 = ×1.23 =1 o24245、附件质量叫按经验取附件质量为叫=。25叫=0.25 x 8374 = 1932 kg6、冲水质量叫HIW = f DHWPW + 2Vlpw = 0.785×1.22 ×26× 1000+2×l×1000 = 32180Rg 其中 IPW = IOoOkg8、各种质量载荷全塔操作质量(kg)m0 = m01 +0.2m02 +m03 +w05 +ma+me =32088全塔最小质量(kg)加U =+加02 +z3 +W05 +tna+,ne =22869水压试验时最大质量 (kg)

11、mQ = 如 + 叫 2 + 叫3 + ,n05 +ina+mw + Ine = 64268风载荷和风弯矩(1) 风载荷计算示例23段为例计算风载荷:= 0.7×1.205×400×l×5× 2.298 = 3539N(2)各段塔风载荷计算结果:计算段17172352143454635019353947170884857170120656717010019(3)风弯矩计算截面0-0 : 截面IT :截面2-2 :地震弯矩计算地震弯矩计算各种载荷引起的轴向应力(1) 计算压力引起的轴向拉应力其中，e =lt-C = S-2 = 6(nn)(2)

12、操作质量引起的轴向压应力截面0-0令裙座厚度6 =8加，有效厚度 =8-2 = 6(wh);Sb =也血o截面1-1式中I /<2 = 32088 -566 =31522伙g)；觴为人孔截面的截面积，查相关标准得：心=58635",截面2-2其中I 局J = 32088 - 566 - 3149 = 28373 (); A = Die O(3) 最大弯矩引起的轴向应力截面0-0其中，m；X =+ Me= 7.31 ×IO8 + 0.7848 ×IOS = 8.0048 ×N.mtn)截面1-1其中I= MJ +Me= 6.56XIO8 + 0.78

13、48 XIO8 = 7.34XIOS(N.mm)ZAw为人孔截面的抗弯截面系数，查相关标准得：Zm=276力005加。截面2-2其中 I M盂=My + Me = 6.43 XIO8 + 0.7848 ×108 = 7.2148 × 1O8(2V.?)塔体和裙座危险截而的强度与稳定校核(1)塔体的最大组合轴向拉应力校核截面2-2塔体的最大组合拉应力轴向发生在正常操作的2-2截面上。其中,' = 1 IOMPa = 0.85; K = 1.2; K, = 173.4(满足要求(2) 塔体与裙座的稳定校核截面2-2塔体截面2-2上的最大组合轴向压应力满足要求其中，查图得

14、(16M“R,200C。)B = 115MPa,' = 10Mpa,K = .2 o截面1-1塔体1-1截面上的最大组合轴向压应力满足要求其中，查图得(Q235-AR,200Co) 5 = 107.5MPay, = 113MPai K .2o截面0-0塔体0-0截面上的最大组合轴向压应力满足要求其中，B = 107.5MPa-yt = 1 3Mpa; K = .2(3) 各危险截面强度与稳定校核汇总项目计算危险截面0-01-12-2塔体与裙座有效厚度ctJmm666截面以上的操作质量ml-ik8320883220430091计算截面面积A'-'kg计算机面的抗弯截面系数

15、Zi-iZrnm5最大弯矩MQ（N.刖n ）取大允许轴向拉应力K !Mpa最大允许轴向压应力/Mr KB129129138204计算引起的轴向拉应力bjMpa0044计算引起的轴向压应力i7iMpa最大弯矩引起的轴向应力 iiMpa最大组合轴向拉应力最大组合轴向压应力,JMpa强度 强度与稳定校核稳定性满足要求满足要求满足要求塔体水压试验和吊装时的应力校核3. 7.1水压试验时各种载荷引起的应力1试验压力和液柱静压力引起的环向应力液柱静压力二2. 试验压力引起的轴向拉应力3最大质量引起的轴向拉应力4.弯矩引起的轴向应力3. 7. 2水压试验时应力校核1筒体环向应力校核0.9衍< >

16、 l 所以满足要求2 最大组合轴向拉应力校核又ax < O.90Q所以满足要求3. 最大组合轴向压应力校核X = 21 + 32 = 67.12 <,. = min ,0.9v满足要求塔设备结构上的设计3. 8. 1基础环设计1基础环尺寸取Dnh = DlX + 300 = 1200 + 3OO= 1500 (Jrlm)2. 基础环应力校核其中(1) 叽严字+竽=3.07叱(2) dmax =()WN + 字 =1.5跖阳取以上两者中的较大值ZbmaX = 2.05"?",选用 75 号混凝土。查表得Ra = 3.5阳；z,max = 2.05 <Ra=

17、3.5Wd I满足要求3. 基础环厚度计算假设螺栓直径为M42,由表8-11查得L=160mm,当b/1二时，由表8-10查得：MX = -0.1482maZ?2 = -9O39.7(7Vn)My=O.0848z,max/2 = 1367V 血)取其中最大值：故MS=I3675 (M讪)按有筋板时假设基础环厚度：6x13675Y 140+ 3 = 27.2mm3. 8. 2地脚螺栓计算1地脚螺栓承受的最大拉应力/WnUn = 22869kgMF= 3.354x10加加M笄=7.31x10* Mm 加H f,加o=32O88Zh = 2.9x10'"'Ah=W3040O

18、tmH2ZhInnUnS 7.31xl"+0.7848x10'2.9 × 10s22869×9.181130400=2.5SHlpaMT+0.25Mr) + 故叫話=13mpa取以上两数中的较大值，刃=2.58艸2.地脚螺栓的螺纹小径查表得M42螺栓的螺纹小径w >0,选取地脚螺栓个数H = 36hl = 147MPa;C2 = 3mm O查表得M34地脚螺栓的螺纹小径/=29.50“，故选用36个M34的地脚螺栓，满足要求板式塔的总体结构小结此次实习我们主要的任务是对他设备的各个部件进行设计和校核，在结构上，我们分别对塔盘结构，塔体空间，人孔数量及位置，仪表接管选择，工艺接管管径计算 等方面的