塔设备设计说明书

塔设备设计

课程设计说明书

学院： 木 工 学 院 班级： 林产化工0 8 学号： 姓名： 万永燕 郑舒元 分组： 第 四 组

目录

前言 ................................................................ 错误!未定义书签。

摘要 ............................................................................ 2 关键字 .......................................................................... 2 第二章 设计参数及要求 ............................................................... 2

1.1符号说明 ..................................................................... 2 1.2.设计参数及要求 .............................................................. 3

3 3

第二章 材料选择 .................................................................... 4

2.1概论 ......................................................................... 4 2.2塔体材料选择 ................................................................. 4 2.3 裙座材料的选择 .............................................................. 4 第三章 塔体的结构设计及计算 ........................................................ 5

3.1 按计算压力计算塔体和封头厚度 ............................................... 5 3.2 塔设备质量载荷计算 ......................................................... 5 3.3 风载荷和风弯矩 ............................................................. 6 3.4 地震弯矩计算 ............................................................... 7 3.5 各种载荷引起的轴向应力 ..................................................... 7 3.6 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 .......................................... 8 3.7 塔体水压试验和吊装时的应力校核 .............................................. 9

3.7.1 水压试验时各种载荷引起的应力 ........................................... 9 9

3.8塔设备结构上的设计 .......................................................... 10

10 10

板式塔的总体结构 ................................................................... 11 小结 ............................................................................... 11 附录 ............................................................................... 11

附录一 有关部件的质量 ......................................................... 11

附录二 矩形力矩计算表 ......................................................... 12 附录三 螺纹小径与公称直径对照表 ............................................... 12 参考文献 ........................................................................... 12

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。

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

关键字

塔体、封头、裙座、。

第二章 设计参数及要求

1.1符号说明

Pc ----- 计算压力，MPa ； Di ----- 圆筒或球壳内径，mm；

[Pw]-----圆筒或球壳的最大允许工作压力，MPa；  ----- 圆筒或球壳的计算厚度，mm； n ----- 圆筒或球壳的名义厚度，mm； e ----- 圆筒或球壳的有效厚度，mm；

[]t----- 圆筒或球壳材料在设计温度下的许用应力，MPa；

t ------ 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，mm；

1.2.设计参数及要求

1.2.1设计参数

设计参数 工作压力 计算压力 工作温度 设计温度 介质名称 介质密度 传热面积 基本风压 地震基本烈度 场地类别 塔形 塔板数目 塔板间距 腐蚀速率 0.8 0.9 120 150 800 400 9 II 42 塔体内径 塔高 设计寿命 浮阀规格 浮阀间距 保温材料厚度 保温材料密度 塔盘上存留介质层高度 壳体材料 内件材料 裙座材料 偏心质量 偏心距 100 16MnR Q-235-A 4000 2000 1200 28680 100 300 1.2.2设计要求

（1） 塔体内径Di =1200 mm,塔高近似取H=28680mm。 （2） 计算压力pc0.20MPa，设计温度t=200℃。

（3） 设计地区：基本风压值q0400N/m2，地震设防烈度为8度，场地土类：Ⅰ类，设计地震分

组：第二组，设计基本地震加速度为0.3g。

（4） 塔内装有N=26层浮阀塔，每块塔盘上存留介质层高度为hw60mm，介质密度为

1794.5kg/m3。

（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1000mm。

（6） 塔外保温层的厚度为s100mm操作质量为me（7） 塔体与封头材料选用16MnR，其中（8） 裙座材料选用Q235-A。

（9） 塔体与裙座对接焊接，塔体焊接接头系数0.85。 （10） 塔体与封头厚度附加量C=2mm，裙座厚度附加量C=2mm。

2000kg/m3.。

t170MPa，170MPa，s345Mpa，

第二章 材料选择

2.1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。

2.2塔体材料选择

设计中塔体的材料选择是：16MnR；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。

2.3 裙座材料的选择

设计中裙座材料的选择是：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

3.1 按计算压力计算塔体和封头厚度

(1) 塔体厚度计算

取=4mm，考虑厚度附加量C=2mm，经圆整，取n8mm，e6mm 。 (2) 封头厚度计算 采用标准椭圆形封头： pcDi0.912003.74mm， t2pc21700.850.50.9取=4mm,考虑厚度附加量C=2mm经圆整后，取n8mm，e6mm。

3.2 塔设备质量载荷计算

1、筒体圆筒、封头、裙座质量m01

圆筒质量： 封头质量：

m126526.386990.7kg m21301.2156kg

裙座质量： m32652.2582kg

说明：(1）塔体圆筒的总高度为H026.38mm

（2）查得DN （3）查得DN1200mm，厚度8mm的圆筒质量为265kg/m 1200mm，厚度8mm的椭圆形封头质量为130kg/m

（4）裙座高度为2020mm

2、塔内构件质量m02

（由表8-1查得浮阀塔盘质量为75kg/m2） 3、保温层质量m03

其中，m03为保温层的质量，kg 4、平台、扶梯质量m04

'm04D24in22BDi2n22220.7851.220.00820.1211.220.00820.10.5315040395262kg明：由表8-1查得，平台质量

1nq2pqFHF2说

qp150kg/m2；笼式扶梯质量qF40kg/m；笼式扶梯总高

HF39m；平台数量n=8。

4、 操作时物料质量m05

说明：物料密度1800kg/m,塔釜圆筒部分深度h0=1.8m，塔板层数N=42.，塔板上液层高度

3hw0.1m，由表4-21查得，封头容积Vf5、 附件质量ma

33.14Di1.231m3。 2424按经验取附件质量为ma0.25m010.2583741932kg

6、 冲水质量mw

mw4Di2Hww2Vfw0.7851.2226100021100032180kg其中，

w1000kg/m3

8、各种质量载荷 ：

全塔操作质量（kg） 全塔最小质量（kg） 水压试验时最大质量（kg） m0m010.2m02m03m05mame32088 m0m01m02m03m05mame22869 m0m01m02m03m05mamwme268 3.3 风载荷和风弯矩

（1）风载荷计算示例

2--3段为例计算风载荷： =0.71.205400152.2983539N （2）各段塔风载荷计算结果：

计算段 1 2 717 1434 235 6 3 4 5 6 （3）风弯矩计算 截面0-0： 截面1-1： 5019 7170 7170 7170 3539 8848 12065 10019 截面2-2： 3.4 地震弯矩计算

地震弯矩计算 截面0-0 截面1-1 截面1-1 3.5 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nC826(mm) （2）操作质量引起的轴向压应力 截面0-0

令裙座厚度s8mm，有效厚度es826(mm);AsbDises。 截面1-1 式中，m02223208856631522(kg);Asm为人孔截面的截面积，查相关标准得：Asm58630mm

截面2-2 其中，m02232088566314928373(kg);ADie。

（3）最大弯矩引起的轴向应力 截面0-0

其中，MmaxMw截面1-1

其中，MmaxMwMe6.56100.7848107.3410(N.mm)

11118880000Me7.311080.78481088.0948108(N.mm)

Zsm为人孔截面的抗弯截面系数，查相关标准得：Zsm截面2-2

其中，MmaxMw222227677000mm3。

Me6.431080.78481087.2148108(N.mm)

3.6 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核

（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，

[]t170Mpa;0.85;K1.2;K[]t173.4(Mpa)

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（16MnR,200℃）B115Mpa,[]170Mpa,K1.2。 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,200℃）B107.5Mpa,[]113Mpa,K1.2。 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;[]113Mpa;K1.2 (3)各危险截面强度与稳定校核汇总

项目 0-0 塔体与裙座有效厚度ees/mm 截面以上的操作质量m0计算截面面积Aiittt计算危险截面 1-1 6 32204 2-2 6 30091 6 32088 ii/kg /kg 计算机面的抗弯截面系数Ziiii/mm3 173.4 129 135.6 - 129 135.6 0 14. 26. - 39.43 - - 138 204 44 12.31 63.83 95.52 76.14 最大弯矩Mmax/(N.mm) 最大允许轴向拉应力K[]/Mpa 最大允许轴向压应力/Mpa KB t计算引起的轴向拉应力1/Mpa 计算引起的轴向压应力2/Mpa 最大弯矩引起的轴向应力3iiiiii0 13.92 71.61 - 85.63 -- /Mpa 最大组合轴向拉应力max/Mpa 最大组合轴向压应力 max/Mpa 强度 强度与稳定校核 稳定性 ii满足要求 满足要求 满足要求 3.7 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=0.06mpa 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sT 所以满足要求

2.最大组合轴向拉应力校核

又max0.9s 所以满足要求 3.最大组合轴向压应力校核

22 max2222222367.12crminKB,0.9s 满足要求

3.8塔设备结构上的设计

3.8.1基础环设计

1基础环尺寸

取 DobDis30012003001500(mm) 2.基础环应力校核 其中

00Mmaxmg（1）bmax03.07mpa

ZbAb000.3MwMemmaxg（2）bmax1.587mpa 取以上两者中的较大值bmax2.05mpa，选

ZbAb用75号混凝土。查表得Ra3.5mpa; bmax2.05Ra3.5mpa，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/l=0.88时，由表8-10查得：

Mx0.1482bmaxb29039.7(N/mm)My0.0848bmaxl213675N/mm 取其中最大值：故MS13675(N.mm)

按有筋板时假设基础环厚度： b6MsbC613675327.2mm 圆整后取b28mm

1403.8.2地脚螺栓计算

1.地脚螺栓承受的最大拉应力

mmin22869kg00ME3.3108N.mm00Mw7.31108N.mm其中，

m032088kgZb2.9108mm3Ab1130400mm2

00MwMemming7.311080.7848108228699.18（1）.B2.58mpa 8ZbAb2.91011304000000ME0.25MwMemming（2）.B1.13mpa

ZbAb 取以上两数中的较大值，B2.58mpa

2.地脚螺栓的螺纹小径

查表得M42螺栓的螺纹小径

B0，选取地脚螺栓个数n36;[]bt147Mpa;C23mm。

查表得M34地脚螺栓的螺纹小径d129.50mm，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设计，在校核方面，分别对其强度，刚度，稳定性进行了校核，在制图方面，我们分别绘制了塔设备的装配图和零件图。

我们的设计计算步骤大致分为三部分：(1)根据GB150规定，通过已知条件，按计算压力确定塔体

圆筒及封头的有效厚度。（2）根据地震载荷和风压载荷计算的需要，选取若干截面（包括所有危险截面），并考虑制造的、运输、安装的要求，设定各截面处的有效厚度。（3）按照规定依次对各个方面进行校核计算并满足相应的要求。

通过这次实习，让我们学到了很多东西，让以前在在课堂上学习到的很多理论知识得到了实践性的操作，也让我体会到了团队合作的重要性。此次塔设备的设计有我们小组负责，让我们感受到了设计方面工作的所存在的难度。

附录

附录一 有关部件的质量

名称 笼式扶梯 开式扶梯 钢制平台 单位质量 名称 圆泡罩塔盘 条形泡罩塔盘 舌型塔盘 单位质量 名称 筛板塔盘 浮阀塔盘 塔盘填充液盘 单位质量 附录二 矩形力矩计算表

0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 附录三 螺纹小径与公称直径对照表

螺栓公称直径 螺纹小径d1/mm 20.752 23.752 26.211 31.670 37.129 42.588 50.046 参考文献

1《塔设备》------------- 化学工业出版社 路秀林 王者相 等编着

2《化工设备机械基础》------------------化学工业出版社 蔡纪宁 张秋翔 编 3《化工工程制图》-----------------化学工业出版社

4《化工装置实用工业设计》-----------------化学工业出版社 路德维希 编着

5《化工设备机械基础》----------------大连理工大学出版社 玉玮 王立业 喻健良 编着 6《化工设备机械基础》----------------化学工业出版社 董大勤 编着

7《化工设备机械基础》----------------华东理工大学出版社 汤善甫 朱思明 主编 第二版 8《化工制图》----------------化学工业出版社 郑晓梅 编着