版塔设备设计说明书

1、中学 塔体结构设计1.1 Aspen 塔体结构设计在 Aspen Plus 的 Sizing and Rating 中选择 Traying Sizing 进行填料塔设计得到表 1-1 的设计结果。表 1-1T-0303TrayingSizingResult表 1-2T-0303TrayingSizingProfile2StageDiameterTotal areaActive arerpanelSideer areametersqmsqmsqm20.6241880460.3059995410.2447996350.03059995330.6236748220.3054965460.244397

2、2390.03054965440.6231613450.3049937170.2439949760.03049937150.6226539410.3044972420.2435977960.03044972360.6228170940.3046568360.2437254710.03046568370.6653323980.3476700050.2781360080.03476699980.6652480850.3475818960.2780655210.03475818890.6648879360.3472056520.2777645260.034720564100.6644755190.3

3、467750570.2774200490.034677504110.6640482950.3463292820.277063430.034632927120.6636159080.3458784130.2767027340.03458784130.6631817740.3454260170.2763408180.034542601140.6627474020.3449736690.2759789390.034497366150.6623135970.3445222090.2756177710.03445222160.6618841860.3440756120.2752604930.034407

4、56170.6622167690.3444214810.2755371880.034442147Section starting stage：2Section ending stage17Column diameter0.665meterer area/Column area0.1Sideer velocity0.074m/secFloth length0.457meterSideer width0.104meterSide weir length0.483meter中学将 Traying Sizing 的结果代入 Traying Rating 中去，调整塔径与塔板间距，使得（降液管液位高度/

5、板间距）介于 0.20.5 之间，每块塔板的液泛因子（Floodingfactor）均应介于 0.60.85 之间，得到如下结果：表 1-3T-0303TrayingRatingResult表 1-4T-0303TrayingRatingProfile3StageFlooding factorer velocityer backupBackup / Tray spacePrere dropr res.timem/secmeterbarhr20.6403464280.0208146030.1390637550.2281229570.00726829829.2871304430.639287084

6、0.0208185080.1389644210.2279600090.00725840929.2816377440.6382281860.0208222240.1388650220.2277969530.00724854129.2764122350.6371826950.0208258480.1387669330.2276360440.00723879429.2713175460.6375167620.0208288640.1388027420.2276947860.0072412629.2670790570.7248553630.0667372050.1683758880.276207166

7、0.008679549.1343352680.7246776670.0667663330.1683836450.276219890.008677699.7239167010.0667740120.1683114380.276101440.0086711149.129300156100.723045810.0667815180.1682268160.2759626250.0086633099.12827412110.7221442650.0667905270.1681396430.2758196250.0086549849.127042776120.7212324530.0668006970.1

8、680519830.2756758240.0086464069.125653248Section starting stage:2Section ending stage:17Column diameter:/meter0.7um flooding factor:0.724855363Stage:7Panel:PANEL ASection prere drop:/bar0.131366539um backup / Tray spacing:0.27621989Stage:8Location:SIDEBackup:/meter0.168383645um velocity / Design vel

9、ocity:0.276Stage:17Location:SIDEVelocity:/（m/sec）0.066864416中学由 Profile 可以看出，每块塔板处均符合载荷条件，设计合理。1.2 KG-Tower 对塔体结构的详细设计KG-Tower 可以用来计算塔盘，在掌握了塔盘工艺结构的具体计算步骤之后，可以通过的便捷的计算方法来服务于本设计。下面运用 KG-Tower 选择精馏段第 1 块和第 6 块板和提馏段第 7 块和第 17块板进行设计。1.2.1 输入工艺参数将不同序号塔板的工艺参数输进内，并设定每块塔板的操作范围在 90%到 110%之间，参数设置如图 1-1，1-2 所示：

10、图 1-1 再生塔精馏段物性参数4130.7203175790.0668116190.1679644060.2755321620.00863779.124161516140.719402820.0668230030.1678771070.2753889540.0086289389.122607144150.7184898660.0668346510.1677901640.2752463320.0086201619.121017132160.7175867570.066846430.1677044020.2751056460.008611479.119409948170.7182865510.0

11、668644160.1678042660.2752694650.0086199249.11695698中学图 1-2 再生塔提馏段物性参数1.2.2 输入塔盘结构参数选择塔盘类型为浮阀塔，塔径设定最初是根据 Aspen 模拟得到的塔径进行的，当设定塔径之后，再设定其他结构参数，如溢流形式、浮阀类型，开孔率大小、塔板间距、降液管宽度、溢流堰长、溢流堰高度、降液管底隙高度等参数，其最初设的依据是根据化工设备设计全书一塔设备的结构进行设计要求进行设计的，设定后，如果在左下脚出现警告时，说明设定的参数出问题，此时会提示哪些参数出问题，通过调整参数相对大小，使设定满足要求。其设定如图 1-3，1-4 所

12、示。5中学图 1-3再生塔精馏板结构参数6中学图 1-4 再生塔提馏板结构参数经过KG-TOWER校核后的塔盘结构示意图如图1-5，1-6 所示：7中学图 1-5 精馏盘结构示意图图 1-6 提馏盘结构示意图8中学以下分别为塔盘在操作负荷为 90%、100%、110%下塔盘的液泛率，降液管液泛率，降液管持液量，降液管出口速度，干板压降，总板压降，气相负荷因子，流强度，堰上液层高度，以及降液管停留时间等的设计结果，精馏段结果图如图1-7、1-8、1-9 所示，校核曲线图如图 1-14 所示：图 1-7 精馏段操作负荷为 90%时的结果9中学图 1-8 精馏段操作负荷为 100%时的结果图 1-9

13、 精馏段操作负荷为 110%时的结果10中学提馏段结果图如图 1-10、1-11、1-12 所示。图 1-10提馏段操作负荷为 90%时的结果11中学图 1-11提馏段操作负荷为 100%时的结果图 1-12 提馏段操作负荷为 110%时的结果12中学第 1、6 块塔板的校核结果分别如图 1-13、1-14 所示：13中学图 1-13 第 1 块塔板设计图 1-14 第 6 块塔板设计14中学第 7、17 块塔板的校核结果分别如图 1-15、1-16 所示：图 1-15 第 7 块塔板设计15中学16中学图 1-16 第 17 块塔板设计通过比较KG-Tower 计算出来的结果和Aspen P

14、lus 中的Hydraulic 结果还可以得到以下结论：在设定相同参数时， KG-Tower 计算结果和 Aspen Plus 计算结果都能够满足工艺要求。在设定结果参数时，KG-Tower 调整起来比较方便，通过反复调整可获得较合理的设计结构。KG-Tower 可以用于不同类型的塔板，计算方便，便于塔盘选型。由校核结果可见，塔盘设计合理，操作点、操作上限点、操作下限点均处于液相上限线、液相下线线、漏液线和液泛线之间较合适的位置，塔设备的操作弹性较大。二 塔体结构校核经 SW6-2011 校核结果如下所示。17塔 设 备 校 核计算中航一航空动力控制系统计算条件塔型板式容器分段数（不包括裙座）

15、1压力试验类型封头上封头下封头材料名称Q345RQ345R名义厚度(mm)1515腐蚀裕量(mm)22焊接接头系数0.850.85封头形状椭圆形椭圆形圆筒设计压力(Mpa)设计温度()长度(mm)名义厚度(mm)内径/外径(mm)材料名称(即钢号)10.1200Q235R2345678910圆筒腐蚀裕量纵向焊接接环向焊接外压计算长试验压力(立)试验压力中学18内件及偏心载荷介质密度kg/m3981.9塔釜液面离焊接接头的高度mm1000塔板分段数12345塔板型式筛板塔板层数18每层塔板上积液厚度m m10最高一层塔板高度m m9800最低一层塔板高度m m3500填料分段数12345填料顶部

16、高度m m填料底部高度m m填料密度kg/m3集中载荷数12345集中载荷kg5007001000集中载荷高度m m800080005000集中载荷中心至容器中心线距离m m200020001000塔器附件及基础塔器附件质量计算系数1.2基本风压N/m600(mm)头系数接头系数度(mm)(Mpa)(卧)(Mpa)120.850.8500.12550.78910中学19裙 座裙座结构形式圆筒形裙座底部截面内径m m1000裙座与壳体连接形式对接裙座高度m m2500裙座材料名称Q345R裙座设计温度10裙座腐蚀裕量mm2裙座名义厚度m m10裙座材料许用应力MPa189裙座与筒体连接段的材料Q

17、345R裙座与筒体连接段在设计温度下许用应力MPa189裙座与筒体连接段长度mm500裙座上同一高度处较大孔个数1裙座较大孔中心高度m m400裙座上较大孔引出管内径（或宽度）mm500裙座上较大孔引出管 厚度m m20裙座上较大孔引出度mm500地脚螺栓及地脚螺栓座地脚螺栓材料名称Q345地脚螺栓材料许用应 力MPa170地脚螺栓个数24地脚螺栓公称直径m302基础高度m m2300塔器保温层厚度m m100保温层密度kg/m357裙座防火层厚度m m30防火层密度kg/m31200管线保温层厚度m m100最大管线外径mm600笼式扶梯与最大管线的相对位置90场地土类型II场地土粗糙度类别

18、B设防烈度8 度(0.2g)设计分组第三组影响 系数 最大值 max0.16阻尼比0.01塔器上总个数2宽度mm2000塔器上最高高度m m8000塔器上最低高度mm4000中学20计算结果容器壳体强度计算元件名称压力设计名义厚度(mm)直立容器校核取用厚度(mm)许用内压(MPa)许用外压(MPa)下封头15156.206第1 段 圆筒20205.446第1 段 变径段第2 段 圆筒第2 段 变径段第3 段 圆筒第3 段 变径段第4 段 圆筒第4 段 变径段第5 段圆筒第5 段变径段第6 段圆筒第6 段变径段第7 段圆筒第7 段变径段m全部筋板块数40相邻筋板最大外侧间 距m m85筋板内侧

19、间距mm85筋板厚度mm16筋板宽度m m130盖板类型整块盖板上地脚螺栓孔直 径m m50盖板厚度mm22盖板宽度m m0垫板有垫板上地脚螺栓孔直 径m m39垫板厚度mm16垫板宽度m m80基础环板外径mm1210基础环板内径m m810基础环板名义厚度mm20中学21风 载 及载 荷00AA裙座与筒体连接段11(筒体)11(下封头)2233操作质量m0 m01 02 03 m04 m05 ma me15882.215699.614727.614558.214558.2最小质量 m m0 .02 03 04 a me14208.214025.613053.712884.212884.2压

20、力试验时质量20121.919939.318967.413499.113499.1风弯矩 M P l / 2 P( ll/ 2 ) P( ll l/ 2 ) .wiii1ii1i2iii7.223e+076.616e+074.402e+073.781e+073.781e+07nMca(I)M ( 2 / T )2Y m ( h )h (ca1T1kkk1k inMca (I) M ( 2 / T )2 Y mh( )h h()ca2T 2 kkk 2k i顺风向弯矩 M (I)cw顺风向弯矩 M (I)cw第8 段圆筒第8 段变径段第9 段圆筒第9 段变径段第10 段圆筒上封头15156.20

21、6裙 座名义厚度(mm)取用厚度(mm)1010中学22n垂直力 F m h F / m h ( i 1,2,.,n )vii i vk kk 112152.712147.51198011925.211925.2应力计算11c i / 4 ei1.411.41 ( F ) / D 120ve6.944.156.472.352.354M II / D213maxi ei39.6430.4329.1311.5511.55( m gF ) / D 220vi ei2.492.4931PT Di / 4 ei1.771.77/ D 32Ti ei8.164.897.692.382.38 ( .3 )

22、/ D233wei ei组合风弯矩 M max( M , (2 (2 )ewwcacw7.223e+076.616e+074.402e+073.781e+073.781e+07n弯矩 M F ( h h ) 注:计及高振型时,此项按 B.24 计算E1kk1.883e+081.77e+081.318e+081.177e+081.177e+08偏心弯矩e e gle3.335e+073.335e+073.335e+073.335e+073.335e+07最大弯矩 M max( ,M .2 )maxw Eewe需横风向计算时 M max( ,M .2 )maxew Eewe2.397e+082.2

23、69e+081.761e+081.605e+081.605e+08中学23组合应力校核 A 2 3 (内压), (外压)10.6110.61许用值187.88187.88 A 3 (内压), 1(外压)46.5834.5835.5914.0314.03许用值182.44182.44167.53191.01191.01 A 2 32.612.61许用值292.50292.50 A 317.2612.0215.395.605.60许用值152.03152.03152.03171.65205.99 ( pT .8 Hw )(i ei / 2ei5.475.47许用值292.50292.50校核结果合

24、格合格合格合格合格注1:ij中i 和j 的意义如下i=1 操作工况j=1 设计压力或试验压力下引起的轴向应力（拉） i=2 检修工况j=2 重力及垂直力引起的轴向应力（压） i=3试验工况j=3 弯矩引起的轴向应力（拉或压） t 设计温度下材料许用应力 B 设计温度下轴向稳定的应力许用值注2:A1: 轴向最大组合拉应力A2: 轴向最大组合压应力A3:试验时轴向最大组合拉应力A4:试验时轴向最大组合压应力9.107.137.703.223.22t189.00189.00189.00184.20184.20B152.03152.03139.61159.17159.17中学24计算结果地脚螺栓及地脚

25、螺栓座基础环板抗弯断面模数 Z b i b32Dobmm31.38996e+08基础环板面积 A b i b4mm2634601基础环板计算力矩 max( Mx xbmax ,M C l )22yy bmaxNmm1739.26基础环板需要厚度mm7.83基础环板厚度厚度校核结果合格混凝土地基上最大压应力M / Zm g / maxb0中大值b max0.3 ) / Z m g / Aw bemaxbMPa1.99地脚螺栓受风载时最大拉应力 w e min BZAbbMPa0.54地脚 螺栓受载荷时最大拉应力 M 0.25 m g F Ewe 0vBZAbbMPa1.50地脚螺栓需要的螺纹小径

26、 d 4 A C1n2btmm21.8702地脚螺栓实际的螺纹小径mm31.67地脚螺栓 校核结果合格筋板压应力 FGGMPa15.64筋板许用应力MPa95.34筋板校核结果合格3F l 盖板最大应力 13z4( ) 2 2 23c42zMPa61.58盖板许用应力MPa170盖板校核结果合格裙座与壳体的焊接接头校核焊接接头截面上的塔器操作质量kg14558.2焊接接头截面上的最大弯矩Nmm1.60518e+08: 试验压力引起的应力注3:如下质量:kg力:N弯矩:Nmm应力:MPa中学25对接接头校核对接接头横截面 Dt emm224190.2对接接头抗弯断面模数 D2/ 4t emm36

27、.04756e+06对接焊接接头在操作工况下最大拉应力4M m g F max 0vD 2Dt et eMPa21.06对接焊接接头拉应力值MPa132.624对接接头拉应力校核结果合格搭接接头校核搭接接头横截面 Aesmm2搭接接头抗剪断面模数 Z 2esmm3搭接焊接接头在操作工况下最大剪应力M m J J g F J J max 0vZwAwMPa搭接焊接接头在操作工况下的剪应力值MPa搭接焊接接头在试验工况下最大剪应力.03M Mm gwe max ZwAwMPa搭接焊接接头在试验工况下的剪应力值MPa搭接接头拉应力校核结果主要尺寸设计及总体参数计算结果裙座设计名义厚度mm10容器总容

28、积mm35.2988e+09直立容器总高mm9135壳体和裙座质量kg4194.73附件质量kg838.945内件质量kg768.585保温层质量kg361.594及扶梯质量kg6459.25操作时物料质量kg1059.08试验时液体质量kg5298.8吊装时空塔质量kg5187.39直立容器的操作质量m0 m01 02 03 04 05 m mkg15882.2直立容器的最小质量kg14208.2中学26上封头校核计算计算中航一航空动力控制系统计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc0.10MPa设计温度 t120.00C内径 Di1000.00mm曲面深

29、度 hi275.00mm材料Q345R(板材)设计温度许用应力 t184.20MPa试验温度许用应力 185.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 0.85压力试验时应力校核压力试验类型试验试验压力值PT = 1.25Pc = 0.1904(或由用户输入) tMPa空塔重心至基础 环板底截面距离mm4954.31直立容器自振周期s0.25第二振型自振周期s第三振型自振周期s临界风速(第一振型)临界风速(第二振型)雷诺系数设计风速风载对直立容器总的横推力 PiN15448.2载荷对直立容器总的横推力 F1KN28343.1操作工况下容器顶部最大挠度mm1.

30、13772容器许用外压MPa注：内件质量指塔板质量； 填料质量计入物料质量；偏心质量计入直立容器的操作质量、最小质量、最大质量中。mm直立容器的最大质量mmax m01020304a mw mekg20121.9中学27下封头校核计算计算中航一航空动力控制系统计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc0.11MPa设计温度 t120.00C内径 Di1000.00mm曲面深度 hi275.00mm材料Q345R(板材)设计温度许用应力 t184.20MPa试验温度许用应力 185.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 0

31、.85压力试验时应力校核压力试验类型试验试验压力值PT = 1.25Pc = 0.1904(或由用户输入) tMPa压力试验允许通过的应力tT 0.90 s =292.50MPa试验压力下封头的应力T = T (K i .5e ) = 5.65e MPa校核条件T T校核结果合格厚度及重量计算形状系数1 D 2 K =2 i = 0.88436 2h i 计算厚度KPc Dih = 2 t 0. Pc= 0.28mm有效厚度eh =nh - C1- C2= 17.70mm最小厚度min = 3.00mm名义厚度nh = 20.00mm结论满足最小厚度要求重量201.26Kg压 力 计 算最大允

32、许工作压力2 t ePw=KDi 0.5 e = 6.20567MPa结论合格中学28内压圆筒校核计算中航一航空动力控制系统计算所依据的标准GB 150.3-2011计算条件筒体简图计算压力 Pc0.11MPa设计温度 t120.00C内径 Di1000.00mm材料Q345R( 板材 )试验温度许用应力 185.00MPa设计温度许用应力 t184.20MPa试验温度下屈服点 s325.00MPa钢板负偏差 C10.30mm腐蚀裕量 C22.00mm焊接接头系数 0.85厚度及重量计算计算厚度Pc Di = 2 t Pc= 0.35mm有效厚度e =n - C1- C2= 17.70mm压力

33、试验允许通过的应力tT 0.90 s =292.50MPa试验压力下封头的应力T = T (K i .5e ) = 5.65e MPa校核条件T T校核结果合格厚度及重量计算形状系数1 D 2 K =2 i = 0.88436 2h i 计算厚度KPc Dih = 2 t 0. Pc= 0.32mm有效厚度eh =nh - C1- C2= 17.70mm最小厚度min = 3.00mm名义厚度nh = 20.00mm结论满足最小厚度要求重量201.26Kg压 力 计 算最大允许工作压力2 t ePw=KDi 0.5 e = 6.20567MPa结论合格中学29任意式法兰作为整体法兰计算计算中航

34、一航空动力控制系统设 计 条 件简图设计压力 p0.000MPa计算压力 pc0.000MPa设计温度 t0.0C轴向外载荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm壳材料名称体许用应力 tn185.0MPa法材料名称Q345R许用f185.0MPa兰应力tf185.0MPa材料名称40MnB螺许用b196.0MPa应力tb174.0MPa栓公称直径 dB10.0mm螺栓根径 d 113.8mm数量 n20个名义厚度n =20.00mm重量3169.40Kg压力试验时应力校核压力试验类型试验试验压力值PT = 1.25P =0.1904(或由用户输入) tMPa压力试验允许通过的应力水平 TT 0.

35、90 s =292.50MPa试验压力下圆筒的应力T = pT .( Di e ) = 6.442 e .MPa校核条件T T校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力2 e t Pw=( Di e ) = 5.44618MPa设计温度下计算应力Pc ( Di e )t =2 e= 3.15MPat156.57MPa校核条件t t结论合格中学30螺 栓 间 距 校 核实际间距 DL b= 78.5nmm最小间距Lmin 32.0(查 GB150-2011 表 9-3)mm最大间距Lmax 90.0mm形 状 常 数 确 定h0 Di0 387.30h/ho = 0.4K = Do/DI = 1

36、.2001 0 2.7由 K 查表 9-5 得T=1.839Z =5.545Y =10.750U=11.813整体法兰查图 9-3 和图 9-4FI=0.84219VI=0.21213e FI h0 0.00217松式法兰查图 9-5 和图 9-6FL=0.00000VL=0.00000e FL h0 0.00000Di1000.0Do1200.0垫结 构 尺寸Db500.0D 外25.0D 内20.00150.0mmLe350.0LA-650.0h150.01400.0材料类型软垫片N2.5m2.50y(MPa)20.0压紧面形状1a,1bb1.25DG22.5片b06.4mmb= b0b0

37、6.4mmDG= ( D 外+D 内 )/2b0 6.4mmb=2.53 b0b0 6.4mmDG= D 外 - 2b螺 栓 受 力 计 算预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaWa= bDG y = 1767.1N操作状态下需要的最小螺栓载荷WpWp = Fp + F = 0.0N所需螺栓总截面积 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 9.0mm2实际使用螺栓总截面积 AbAb =2 = 3006.6dn14mm2力 矩 计 算操FD = 0.785 D2 pci= 0.0NLD= L A+ 0.51= -450.0mmMD= FD LD= -0.0N.mm作FG = Fp= 0.0NLG

38、= 0.5 ( Db - DG )= 238.8mmMG= FG LG= 0.0N.mmMpFT = F-FD= 0.0NLT=0.5(LA + 1 + LG )= -5.6mmMT= FT LT= -0.0N.mm外压: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG );内压: Mp = MD+MG+MTMp = 0.0N.mm预紧MaW = 295531.8NLG =238.8mmMa=W LG = 70558224.0N.mm计算力矩 Mo= Mp 与 Maf /f 中大者Mo = 70558224.0tN.mm中学开孔补强计算中航一航空动力控制系统计算接 管:N1, 2501

39、0计算方法: GB150.3-2011 等面积补强法，单孔设计条件简图计算压力0.1MPapc设计温度120壳体型式椭圆形封头壳体材料名称及类型Q235R板材壳体开孔处焊接接头系数0.8531查图 9-7由 1/o 得f = 3.02430整体法兰d1 U h 2V ooI= 485257248.0松式法兰d1 U h 2V ooL= 0.03 f 0.0d1 = fe+1=1.08 = /T= 0.59 4 f e 1 1.103 = 0.59剪应力校核计 算 值许 用 值结 论预紧状态 W 1 D l 1.81iMPa 1 0.8 n校核合格操作状态 Wp 0.002D liMPa 8.0 t2n校核合格输入法兰厚度f = 35.0 mm 时, 法兰应力校核应力性质计 算 值许 用 值结 论轴向应力 H fM o 1.63 2 D1iMPa1.5t =277.5 或f2.5t =462.5( 按整体法兰设计n的任 意 式法兰, 取1.5t)n校核合格径向应力.1(33 f1) 0 108.40R 2 D f iMPat = 185.0f校核合格切向应力 M0Y 18.02T2 D ZR fiMPat = 185.0f校核合格综合应力max(0.),0.)= 55.02MPat = 185.0f校核合格刚度系数J 52.14 0.003E 2 K h1校核合格法兰