塔设备设计说明书完整版

塔设备设计说明书 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

《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0 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

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；

δ ----- 圆筒或球壳的计算厚度，mm；

δn ----- 圆筒或球壳的名义厚度，mm；

δe ----- 圆筒或球壳的有效厚度，mm；

t ][δ----- 圆筒或球壳材料在设计温度下的许用应力，MPa ；

t δ ------ 圆筒或球壳材料在设计温度下的计算应力，MPa ； φ ------ 焊接接头系数； C ------- 厚度附加量，mm ；

.设计参数及要求

1.2.1设计参数

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MPa p c 20.0=，设计温度t=200℃。

（3） 设计地区：基本风压值20/400m N q =，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。

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

度为31/5.794m kg =ρ。

（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mm s 100=δ操作质量为./20003m kg m e =。

（7） 塔体与封头材料选用MnR 16，其中[][]MPa 170170==σσ，

MPa t

，Mpa s 345=σ，

（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85.0=φ。 （10）塔体与封头厚度附加量C=2mm ，裙座厚度附加量C=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：MnR 16；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：Q A -235；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δ=4mm ，考虑厚度附加量C=2mm ，经圆整，取mm n 8=δ，mm e 6=δ 。 (2) 封头厚度计算

采用标准椭圆形封头： []mm p D p c t

i c 74.39

.05.085.017021200

9.02=?-???=-=

φσδ， 取δ=4mm,考虑厚度附加量C=2mm 经圆整后，取mm n 8=δ，mm e 6=δ。

塔设备质量载荷计算

1、筒体圆筒、封头、裙座质量01m

圆筒质量： kg m 7.699038.262651=?= 封头质量： kg m 1562.11302=?= 裙座质量： kg m 5822.22653=?=

说明：(1）塔体圆筒的总高度为mm H 38.260=

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

m kg /130

（4）裙座高度为mm 2020

2、塔内构件质量02m

（由表8-1查得浮阀塔盘质量为75kg/m 2）

3、保温层质量03m

其中，'

03m 为保温层的质量，kg

4、平台、扶梯质量04m

()()

[]()(

)[

]

kg

H q nq D B D m F

F p

n i n

i

5262394015035.01.02008.022.1121.02008.022.1785.02

1222224

2

2

2

2

04=?+????+?+-?+?+?+?=?+++-+++=

δδδδ

π

说明：由表8-1查得，平台质量2/150m kg q p =；笼式扶梯质量m kg q F /40=；笼式扶梯总高m H F 39=；平台数量n=8。

4、操作时物料质量05m

说明：物料密度31/800m kg =ρ,塔釜圆筒部分深度h0=，塔板层数N=42.，塔板上液层高度m h w 1.0=，由表4-21查得，封头容积33312.124

14.324m D V i f =?=∏=

。 5、附件质量a m

按经验取附件质量为kg m m a 1932837425.025.001=?==

6、冲水质量w m

kg V H D m w f w w i w 321801000121000262.1785.024

22=??+???=+=

ρρπ

其中，

3/1000m kg w =ρ

8、各种质量载荷

风载荷和风弯矩

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，)(628mm C n e =-=-=δδ （2）操作质量引起的轴向压应力 截面0-0

令裙座厚度mm s 8=δ，有效厚度es is sb es D A mm δπδ==-=);(628。 截面1-1

式中，);(31522566320882

20

kg m =-=-sm A 为人孔截面的截面积，查相关标准得：258630mm A sm = 截面2-2

其中，e i D A kg m δπ==--=-);(283733149566320882

20

。 （3）最大弯矩引起的轴向应力

截面0-0

其中，).(100948.8107848.01031.78880

000max

mm N M M M e w ?=?+?=+=-- 截面1-1

其中，).(1034.7107848.01056.68881111max

mm N M M M e w ?=?+?=+=-- sm Z 为人孔截面的抗弯截面系数，查相关标准得：327677000mm Z sm =。 截面2-2

其中，).(102148.7107848.01043.68882222max

mm N M M M e w ?=?+?=+=-- 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，

)(4.173][;2.1;85.0;170][Mpa K K Mpa t t ====φσφσ

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（200,16MnR ℃）2.1,170][,115===K Mpa Mpa B t σ。 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（200,235AR Q -℃）2.1,113][,5.107===K Mpa Mpa B t σ。 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，2.1;113][;5.107===K Mpa Mpa B t σ

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=

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

T s σφσ>9.0 所以满足要求 2.最大组合轴向拉应力校核

又s φσσ9.02

2max <- 所以满足要求

3.最大组合轴向压应力校核

[]{}s cr KB σσσσσ9.0,min 12.672

2322222max

=<=+=--- 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 )(15003001200300mm D D is ob =+=+= 2.基础环应力校核 其中

（1）mpa A g

m Z M b

b b 07.3000max max =+=-σ

（2）mpa A g

m Z M M b

b e w b 587.13.0max 00max =++=-σ 取以上两者中的较大值

mpa b 05.2max =σ，选用75号混凝土。查表得;5.3mpa R a =

mpa R a b 5.305.2max =<=σ，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=时，由表8-10查得：

()

mm N l M mm N b M b y b x /136750848.0)/(7.90391482.02

max 2max ==-=-=σσ 取其中最大值：故).(13675mm N M S =

按有筋板时假设基础环厚度： []mm C M b

s

b 2.273140

13675

66=+?=

+=

σδ 圆整后取mm b 28=δ 3.8.2地脚螺栓计算

1.地脚螺栓承受的最大拉应力

其中，

2

380800800min 1130400109.232088.1031.7.10354.322869mm A mm Z kg m mm

N M mm N M kg

m b b w E =?==?=?==--

（1）.mpa A g m Z M M b b e w B 58.21130400

18

.922869109.2107848.01031.78

88min 0

0=?-??+?=-+=-σ

（2）.mpa A g

m Z M M M b

b e w E B 13.125.0min 0000=-++=--σ

取以上两数中的较大值，mpa B 58.2=σ

2.地脚螺栓的螺纹小径

查表得M42螺栓的螺纹小径

0>B σ，选取地脚螺栓个数mm C Mpa n bt 3;147][;362===σ。

查表得34M 地脚螺栓的螺纹小径mm d 50.291=，故选用36个34M 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

附录二矩形力矩计算表

附录三螺纹小径与公称直径对照表

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刁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