吸收塔塔体和裙座课程设计

济南大学课程设计课程设计题目学院专业班级学生学号指导教师二〇一五年一月十天I济南大学课程设计目录1.序言·······························12.设计概括·····························13.塔体选材·····························24.按设计压力计算筒体和封头壁厚···················24.1筒体壁厚··························24.2封头壁厚··························25.各样载荷计算···························35.1设施自重··························3塔体重························3内构件重·······················3保温层重·······················5平台重························6物料重························6附件重························6充水重························65.2风载····························7各段风载·······················7各段风弯矩······················10地震载荷·······················11各载产生的轴向应力························146.1设计压力产生的轴向应力···················146.2操作重量产生轴向压应力···················146.3最大弯矩产生的轴向应力···················157.按组合轴向应力验算塔体和裙座壁厚················167.1按轴向拉应力验算筒体壁厚··················167.2按组合轴向压应力验算筒体和裙座壁厚·············167.3验算水压试验应力······················16强度验算·······················178.基础环设计···························178.1选用基环直径························178.2基础环厚度计算·······················189.地脚螺栓直径的计算·······················19II9.1底座环上最大拉应力·····················1910.焊缝构造设计··························19结论································19参照文件······························20III济南大学课程设计序言塔设施的设计和选型是成立在对循环汲取工段、精制工段流程的模拟、优化的基础上。在知足工艺要求的条件下，考虑设施的固定投资花费和操作花费，进前进一步模拟计算、设计和选型。设计主要包含工艺参数设计、基本参数设计和机械设计。工艺参数设计对该塔的生产能力、分别成效、物料和能量等操作参数作了设计；基本参数设计部分达成了塔设施的选型、填料的选型和参数设计塔板负荷性能校核等内容的设计。在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设施是一种重要的单元操作设施。塔设施操作性能的好坏，关于整个装置的产品产量、质量、成本、能耗、“三废”办理及环境保护等均有重要影响。其作用实现气—液相或液—液相之间的充分接触，进而达到相际间进行传质及传热的过程。它宽泛用于蒸馏、汲取、萃取、等单元操作，跟着石油、化工的快速发展，塔设施的合理造型设计将愈来愈遇到关注和重视。设计概括汲取塔是实现汲取操作的设施。操作时，从塔顶喷淋的液体汲取剂与由塔底上涨的气体混淆物在塔中各层填料或塔盘上亲密接触，以便进行汲取。伴有化学反响的汲取叫化学汲取。按汲取时气液作用方式汲取塔可分为表面式、膜式、喷淋式和鼓泡式等。一般塔设施的高径比较大，要承受地震、风、偏爱以及内压等载荷，为保证塔设施的安全靠谱运转，其安装基础特别重要，一定进行靠谱、合理的设计。裙座是指在设施下部一圈焊接支撑筒体。为了增添设施的稳固性降低地脚螺栓和基础环支承面上的应力，可采纳圆锥裙座。裙座直接焊在塔釜封头上，可采纳对接焊缝，此焊缝应予以修磨，特别是低温塔及高寒地域的室外自支撑塔，为了减少应力集中，不得采纳加高焊缝的构造，对较高或修长的塔，焊缝应进行探伤检查。采纳此构造时，若裙座与封优等厚，封头切线至裙座顶之距离h可查相关设计规定。搭接焊缝因承受剪切载荷，受力状况差，不过因为安装方便，才在一些小塔或焊缝受力较小的状况下采纳。因为裙座与介质不直接接触，也不承受容器内的介质压力，所以，不受压力容器用材所限，可采纳较经济的一般碳素构造钢。别的，裙座的选材还应试虑到载荷、塔的操作条件，以及塔釜封头的资料等要素，关于室外操作的塔，还得考虑环境温度。常用的裙座资料为Q235F和Q235。因Q235F出缺口敏感及夹层等缺点，故此仅能用于塔-1-在常温操作、裙座设计温度高于-20℃、且不以风载荷确立裙座壁厚的场合。当裙座设计温度等于或低于-20℃时，裙座筒体资料应选择16Mn，并且资料应拥有在相应温度下必保的冲击韧性指标。裙座常常有保温或防火层，这时裙座资料应试虑到保温或防火层敷设的详细状况塔釜封头的资料为低合金钢或高合金钢时，裙座顶部应增设与塔封头相同资料的短节；操作温度低于O℃或高于350℃时，短节长度按温度影响范围确立，当不作这项计算时，短节的长度一般取其为保温层厚度的4倍，并且不小于500mm；。塔体选材据工作压力0.5MPa，工作温度常温，属于低压常温。工作介质微腐，应选Q235-A。按设计压力计算筒体和封头壁厚4.1筒体壁厚设[σ]t=113MPaPDitP—设计压力，应略大于工作压力2P0.58(MPa)—用单面对接焊，局探，0.8则0.5813001130.84.18(mm)20.58dC24.1815.185.2(mm)查C10.6mmdC15.8(mm)取n10mm查[σ]t无变化，故n10mm适合。4.2封头壁厚-2-采纳标准椭圆形封头，取封头壁厚为10mm。各样载荷计算5.1.设施自重塔体重m1m1Di2n2Di2H02Di2n2n4420.0121.32157.810320.7851.320.0120.017.81035026.1(kg)502601(N)内构件重塔中填料重为1500kg，所以m21500kg15000N内构件:板式塔的塔盘有整块式（塔径1m以下）和分块式（塔径1m以上）两种。、整块式塔盘塔(1)塔盘有小孔通气相;有液封受液装置接受液相;有溢流管排放液相(2)盘壁间密封构造塔盘圈焊在塔盘上，其高度>溢流堰高度；填料支持圈（板）焊在塔盘圈上，其地点视填料高度而定；填料塞在密封处；压圈压在填料上；压板压在压圈上；螺栓焊在塔盘圈另一侧，用于固定压紧压板。(3)降液管焊在塔盘上，多为弓形。(4)塔节内塔盘的固定塔节下部内壁焊有支座，用于固定基层塔盘，每上层塔盘由定距管支承，管内有拉杆穿过各层塔盘，拧紧拉杆上的螺母即把塔节内各层塔盘紧固。(5)塔节由法兰联接构成全塔。-3--4-B、分块式塔盘(1)塔身为整体圆筒，不分塔节，而塔盘板分为数块安装。(2)据塔径不一样，塔盘可分单、双多流构造，泄流。(3)图3-7讲解筋板、受液盘、支持圈（板）、降液板都被焊在塔壁上，是支承塔板的固定件。弓形板固定在支持板、受液盘和支持圈上；矩形板固定在支持板、受液盘和弓形板上；通道板固定在支持板、受液盘、弓形板和矩形板上。(4)自己梁一种防备曲折的手段。①矩形板无支承的一边为自己梁构造，有过渡凹平面，以备叠放通道板。②通道板无自己梁③弓形板弦边为自己梁构造(4)塔板的连结与紧固A、固定件焊在塔壁上B、紧固件①塔板与支持板、塔板与受液盘、通道板与矩形板靠龙门、楔子结板紧固。②弓形板与支持圈靠卡板、楔子紧固。保温层重-5-取保温层厚度0.1m，密度300kg/m3m3Di2n22Di2n2H040.120.01220.0121.32153002006.5(kg)20065(N)平台重由工艺条件知，每10个塔盘设一人孔，一平台，共4个。每个平台为半圆形，取平台宽度0.9m，平台自重q=150kg/m3m4Di22Di2n2qnn22B2240.7851.320.0120.120.921.320.0120.12150422051.7(kg)20517(N)物料重操作时物料重11000kg，所以m5110000N附件重各样管口（人孔、接收、法兰）预计取ma1500kg15000N充水重mwDiH00.7851.3215100019899.8(kg)198998(N)4以上各载按不一样状况组合操作时m0m1m2m3m4m5ma23084.3(kg)230843(N)水压试验时mmaxm1m2m3m4mamw30484.1(kg)304841(N)安装时mminm1m2m3m4ma12083.9(kg)120839(N)表1各状况下的重量（单位：N）m0mmminmax230843304841120839-6-5.2风载先确立最危险界面0-0裙座底部1-1裙座人孔2-2裙座与塔体连结处的焊缝3-3第二人孔下4-4顶面各段风载计算段0-1-2-123K10.7K21.42q0350(Pa)fi0.80.80.9hi0.61.45.2D效1.612Fi2706282625

3-备注4形状系数风振系数基本风压1.2高度系数7.8各计算高度有效直径5250各段风载FiK1K2q0fihiD有效K1—空气动力系数，关于圆形，取0.7K2—风振系数，K21mimi—高度系数表2[1]距地面高度[m]≤20406080100mi0.350.320.260.250.21—动荷系数，与塔的自振周期T相关表3[1]-7-自振周期>0.250.51.01.522.534≥5T[s]系数ξ11.41.72.02.32.52.73.03.2塔的自振周期TT90.33Hm0H3103EnDi90.331500023084.315000103210510130030.38(s)（1）关于0-1段查表1获得mi=0.35查表2由1.00.50.60.5获得ξ=1.141.711所以有K21mi10.351.141.4设施设计要求基本风压为300Pa,所以q0=300Pa表4[1]风压高度变化系数fi地面粗拙度类型距地面高度HitABCD51.171.000.740.62101.381.000.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62注1：A类系指近海海面及海岛、海岸、湖岸及荒漠地域；类系指野外、农村、森林、丘陵以及房子比较稀少的乡镇和城市郊区类系指有密集建筑群的城市市里类系指有密集建筑群且房子较高的城市市里查表4获得高度变化系数f010.740-1段长度h011m有效直径D有效D02K3K4外径D01.52m保温层厚度扶梯宽度K3400mm-8-2F平台宽度K40F-水平投影面积，F0hi所以有D有效2.12(m)0-1段风载F01K1K2f01q0h01D有效461.23(N)(2)同理，关于1-2段查表4，获得高度变化系数f120.741-2段长度h121.8mF12K1K2f12q0h12D有效0.71.40.743001.82.12830.21(N)1-2段风载（3）同理，关于2-3段查表4，获得高度变化系数f230.742-3段长度h237.05m2-3段风载F23K1K2f23q0h23D有效3251.65(N)（4）同理，关于3-4段查表4，获得高度变化系数f340.843-4段长度h3410.5m3-4段风载F34K1K2f34q0h34D有效0.71.42.125497.32(N)表5各段风载计算段0-11-22-33-4备注K10.7形状系数K21.4风振系数q0300Pa基本风压fi0.740.740.740.84高度系数-9-hi11.87.0510.5各计算高度D有效2.12有效直径Fi461.23830.213251.655497.32各段风载各段风弯矩Mw00F0h0F1h0h1F2h0h1h2F3h0h1h2h32222461.231830.2111.83251.6511.87.052225497.3211.87.0510.52105384.232(Nm)Mw11F1h1F2h1h2F3h1h2h3222830.211.83251.651.87.055497.321.87.0510.522295574.4(Nm)Mw22F2h2F3h2h3227.055497.3210.53251.6527.05279079.102(Nm)-10-地震载荷地震以波的形式向周围流传损坏，对建筑物来说，以水平振动危害较大。（1）作用在单质点上的水平川震力Fcmg式中：c—形状系数，对钢制圆形容器c=0.5α—地震影响系数表6[1]对应于布防烈度max值布防烈度789误计基当地震加快度0.1g0.15g0.2g0.3g0.4g地震影响系数最大值max0.080.120.160.240.32依据设计地震烈度为6级，查表5得max0.08-11-图1塔的自振周期T=0.38s，按二类场所，查图1，得系数0.8故：0.8max（2）多质点弹性系统的水平川震力全塔质量不集中于一点，将塔分红几段，求作用在质点K（K段）的震力（由K段振型系数校订，它包含了各i段对K段的影响）。Fkckmkgc—构造系数α—地震系数ηk—K段振幅系数[1]水平川震力计算简图-12-1.5n1.5hkhimii1knhi3mii1hkK段质量mk的作用点距地面高度，mmhii段质心距地高度，mm（3）地震弯矩截面i-I的震矩为自i以上至n各段震力对其力矩之和MEiinFkhkhK1因为设计的塔设施是等直径等壁厚的，所以MEii5cm0H4H3hh43H34312又因为HDi155为柔性构造1.5所以MEii1.25MEiiME005cm0H43H3450.50.0642308431543153446168NmME001.254616857710NmME115cm0H4H3hh43H3431250.50.0642308431541531143153431242064NmME111.254206452580Nm-13-ME225cm0H4H3hh43H3431250.50.0642308431541532.82.84315343’1234864.6NmME221.2534864.643580.7Nm（4）最大弯矩在筒体内惹起的轴向应力MmaxMWiiMe(偏爱矩)MEii0.25MWiiMe000000MeMmaxME0.25MW5771084056.06NmMmax11ME110.25MW11Me5258076473.6Nm222222MeMmaxME0.25MW43580.70.2579079.10263350.476Nm表7各危险段最大弯矩0-01-12-2MW105384.23295574.479079.102ME577105258043580.7Mmax84056.0676473.663350.476各载产生的轴向应6.1设计压力产生的轴向应力PDi0.5813001418.85(MPa)4n106.2操作重量产生轴向压应力00m0g23084325.66(MPa)Din-14-S11Dind2l1.30.023.1420.450.0120.120.010.077(m2)n-人孔个数；d-人孔直径；l-短管长度，l=120mm11m0g2308433(Mpa)2S110.077取0011226.03MPa2226.3最大弯矩产生的轴向应力相同的弯矩作用于不一样的杆件会产生不一样的结果，这说明曲折还与杆的横截面的面积、形状及方向相关。000084056.0600MMmax6335963.5(Pa)6.0(MPa)3W00220.01Din4Di22112dW4DindDi22l22220.7851.320.0120.451.30.0120.010.121.30.452220.0078(m3)11Mmax1176473.69.8(MPa)3W110.007822Mmax22Mmax2263350.4764.8(MPa)3W220.7851.32Din0.014表8危险截面轴向应力计算值（单位：MPa）0-01-12-2备注1PDi18.8518.8518.85内应力4n2m0g6.036.036.03重载力AM36.07.84.8弯矩力W-15-按组合轴向应力验算塔体和裙座壁厚7.1按轴向拉应力验算筒体壁厚取筒体危险截面2-2，其拉应力强度条件：22222222tmax123左侧：20.08(MPa)右侧：1130.890.4(MPa)左侧<右侧，故知足条件。7.2按组合轴向压应力验算筒体和裙座壁厚（1）验算筒体危险截面2-2的组合轴向压应力，其强度和稳固条件为t222222取小max230.06EnR左侧：6.034.810.83(MPa)右侧：许用应力为113MPa,而0.062000000.01120(MPa)1因为10.83<113，所以知足条件。（2）验算裙座危险截面1-1轴向压应t1111取小230.06EnR左侧6.03右侧113所以知足条件。（3）0-0截面验算t0000取小230.06EnR左侧6.036.112.13右侧113所以知足条件。7.3验算水压试验应力-16-强度验算（1）环向拉应力P水DinC水2Cn0.581.251.30.010.001820.010.001872.29(MPa)0.8此中：CC1C2;C11mm;C20.8mm因为水s0.92350.9211.5所以知足条件。（2）最大组合轴向拉应力1.25PDigmmax220.3MW22Me0.9max1234Di0.785Di2sn左侧0.581.251061.363350.4760.379079.10240.013.141.30.010.7851.3221.8(MPa)0.01右侧2350.90.8169(MPa)因为max0.9s所以知足条件。（3）塔充水后（未加压）最大质量和最大弯矩在壳体中惹起的组合轴向压应力gmax220.3MW22Me0.8smax0.06En取小Din0.785Di2Ri左侧63350.4760.379079.1023.3(MPa)3.141.30.010.7851.320.01右侧0.8s0.8235188(MPa00.06En120MPaRi因为max0.06EnRi所以知足要求。基础环设计8.1选用基环直径（1）外径Db0Di2n-17-8.2基础环厚度计算b2（1）无筋板时Mbmax2b2bWb63b2bmaxC即bbm0gMmax00Ab操作时Wb取大bmaxmmaxg0.3MW00Me水试时AbWb23084384056.060.24(MPa)bmax操作2.0221.4222.0241.4240.785102.023048410.3105384.232bmax水试2.0241.4240.26(MPa)2-1.422102.02取bmax0.3MPa表9[1]混凝土设计表混凝土标号100150200250300轴心抗压RaMPa5.58.51114.517.5查混凝土设计表，为使bmaxRa，取Ra5.5MPa得100号混凝土。(2)有筋板时，可增添裙座底部刚性，减薄厚度。6MgCbbMg—计算力矩。Mg系数bmaxb2b1Db0D0i2n10.010.15(m)22取lb150mm,则bl1-18-表10[1]矩形板力矩计算表bxb2x02MxybmaxbMyybmaxll000.8-0.1730.07510.9-0.1420.08721.0-0.1180.09721.1-0.09950.1005查表9，得Mx0.118bmaxb2;My0.0972bmaxl2MgMx0.1180.41060.1521062(Nm)6Mg610620.0075(m)b113106b考虑附带量C=2mm取b7.529.510(mm)地脚螺栓直径的计算9.1底座环上最大拉应力（由螺栓担当）：M0W0MemmingWbAb取大BME000.25MW00Mem0gWbAb105384.2321208390.095(MPa)1B风41.4240.7852.0221.4222.02102.02577100.25105384.2320.13(MPa)B地2.0241.424102.0