塔设备机械设计
第八章 塔设备的机械设计(化工技术)
塔壁间的密封
碳钢制塔板与 塔盘圈厚度，一 般3-4mm，用不锈 钢时取2-3mm
2
分块式塔盘第八章图\分块塔板一.rm 第八 章图\分块塔板二.rm
塔身为焊制的整体圆筒，塔盘分成数块， 由人孔送入塔内，安装到塔盘固定件上。
塔径在800~900mm以上时建议采用
特点：
1）结构简单，装拆方便 2）制造方便，模具简单
二 裙座设计 结构： 1）座体 2）基础环 3）螺栓座 4）管孔
1
座体设计
初选座体有效厚度δes，然后验算危险
截面应力。
1）
基底为危险截面时,应满足
操作时，
0 0 M max m0 g Fv0 0 t min KB; K S Z sb Asb
水压试验时，
0.3 M
水压试验时，
0.3 M M e m g min 0.9 K s ; KB Z sm Asm
1 1 w 1 1 max
2
基础环设计
基础环尺寸的确定
1）
Dob Dis 160 ~ 400 mm Dib Dis 160 ~ 400 mm
7）稳定条件
ii max
cr
4
塔体拉应力校核
1）假设有效厚度δei
2）计算最大组合轴向拉应力
内压，正常操作时 外压，非操作时
max 1
i i 2
ii 3
max
ii 3
ii 2
• 3）强度校核条件
ii max
K
5）最大组合轴向压应力
外压，正常操作时 max 1
塔设备的机械设计
阶梯环：一头为鲍尔环，一头翻卷，由于不对 称，装入塔内可减少填料环相互重叠，使填料 表面得以充分利用，同时增大了空隙，使压降 降低，传质效率提高。
鞍形填料：这种填料重迭部分少，空隙率大，利 用率高。它有两种形式，一种是矩鞍环，一种是 弧鞍环，都是敞开式填料，这种填料比拉西环传 质效率的波纹成４５°，盘与盘之间成９０°排列，结 构紧凑，比表面积大。传质好，且可根据物料温 度及腐蚀情况采用不同的材料。
一、 喷淋装置
液体喷淋装置设计的不合理，将导致液体 分布不良，减少填料的润湿面积，增加沟流和 壁流现象，直接影响填料塔的处理能力和分离 效率。液体喷淋装置的结构设计要求是：能使 整个塔截面的填料表面很好润湿，结构简单， 制造维修方便。
塔径DN=300～500mm时，塔节高度L=800～ 1000mm；塔径DN=600～700mm时，塔节高度 L=1200～1500mm。 为方便安装，每个塔节中的塔盘数为5-6块。
降液管的结构有弓形和圆形两类
另设溢流堰圆形降液管
圆形降液管伸出塔盘表面兼作流堰的圆形降液管
图6-5弓形降液管结构
图6-6弓形降液管的液封槽
塔盘结构有整块式和分块式两种。当塔径 在800~900 mm以下时，建议采用整块式塔盘。 当塔径在800~900 mm以上时，人可以在塔内 进行装拆，一般采用分块式塔盘。
1. 整块式塔盘
此种塔的塔体由若干塔节组成，塔节与塔 节之间则用法兰连接。每个塔节中安装若干块 层层叠置起来的塔盘。塔盘与塔盘之间用管子 支承，并保持所需要的间距。图为定距管式支 承塔盘结构。
2．分块式塔盘
在直径较大的板式塔中，如果仍然用整块式 塔盘，则由于刚度的要求，势必要增加塔盘板 的厚度，而且在制造、安装与检修等方面都很 不方便。因此，当塔径在800 ～900 mm以上 时，都采用分块式塔盘。此时塔身为一焊制整 体圆筒，不分塔节 。
第八章-塔设备的机械设计
Fi hi
i 1
对于等直径、等壁厚塔器的底截面 地震弯矩为：
M
00 E
16 35
1m0
gH
(N mm)
风载荷
风对塔体的作用之一是造成风弯矩，在迎风面的塔壁 和裙座体壁引起拉应力，背风面一侧引起压应力；作 用之二是气流在风的背向引起周期性旋涡，即卡曼涡 街，导致塔体在垂直于风的方向产生周期振动，这种 情况仅仅出现在H/D较大，风速较大时比较明显，一般 不予以考虑。
M
ii max
/
0.785Di2
S
e
2
式中M
ii max
maxM M
ii W
ii E
Me
25%M
ii W
M e
稳定条件：
组合轴向压应 力要满足：
ii m a x压
[ ]cr
KB
minK[ ]t
式中K——载荷组合系数，取K=1.2; B——见书p172。
4 塔体拉应力验算
依前述，假设一有效壁厚Se3。 计算σ1,σ2,σ3，并进行组合，满足如下强度条件：
m0 m01 m02 m03 m04 m05 ma me
(8-1)
塔设备在水压试验时的最大质量
mmax m01 m02 m03 m04 mw ma me (8-2)
塔设备在吊装时的最小质量
mmin m01 0.2m02 m03 m04 ma me (8-3)
地震载荷
(5)水压试验验算。
8.2 裙座设计
四个部分： 1.座体---承受并传
递塔体载荷。 2.基础环---将载荷
传递到基础上。 3.螺栓座---固定塔
于基础上。 4.管孔---人孔、排
气孔、引出管孔。
第二课塔器设计基础及案例
Ring
Intalox Saddle
螺旋环，Spiral Ring
改 进 矩 鞍 (Glitsch) ，
Ballast Saddle
鲍尔(开孔)环，
改 进 矩 鞍 (Koch) ， Flexi
Pall (Slotted)Ring
Saddle
哈埃派克(Norton)Hy-Pak 改
进
矩
鞍
(Hydronyl)Hydronyl
体在管内停留时间短,不容易结垢,且容易清洗;但壳程不能清洗,因此用 于较脏的加热介质;其本身造价较低,但要求较高的塔体裙座.
• 卧式热虹吸再沸器的主要特点:可用低裙座,但占地面积大,出塔
产品缓冲容积较大,故流动稳定,在加热段停留时间短,不容易结垢,可以 使用较脏的加热介质.
• 立式和卧式强制循环再沸器的共同特点:适应于高粘度液体和
热敏性物料,因为强制循环流速高,停留时间短,有利于工艺流体循环流 量的控制和调节.
精馏方案的选定
• 5.冷却方式
– 1)冷却剂----通常是水,水温随气候而定.入口一般为15℃--20℃,出
口<50℃，目的防止溶解于水中的无机盐析出.
• 冷却剂 还可以是冷冻盐水.液氨等，一般用于较低温度。
– 2)冷凝设备的结构形式
2024/6/8
4
天津创举科技有限公司
➢ 六七十年代，出现塔径十米以上的板式塔，塔板 数多达上百块、塔高度达80米；填料塔的最大直 径有15米，高八十年代以后，填料塔开始大量应用。板式塔与
填料塔的应用并驾驱，竞争日趋激烈。 ➢ 近年来，大量新型塔板研究成功。例如：
• 小塔---蛇管换热器 • 大塔---列管式换热器
工艺流程设计的要求
第六章 塔设备的机械设计
自支承式塔设备的塔体除承受工作介质压力 之外，还承受自重载荷、风载荷、地震载荷及 偏心载荷的作用。
（1）塔设备自重载荷的计算
塔设备的操作质量：
(kg) (6-2) 塔设备水压试验时的质量，这时设备质量最大， 简称设备最大质量 m0 m01 m02 m03 m04 mw ma me (kg) (6-3) 设备吊装时的质量，这时设备质量最小，简称 设备最小质量： m0 m01 0.2m02 m03 m04 ma me (kg) (6-4)
M
00 E
8CZ 1 m0 g (10 H 3.5 14 H 2.5 h 4h3.5 ) 175H 2.5
(Nmm)
底部截面的地震弯矩 16 I I M E CZ 1 mo gH 35
(Nmm)
（3）风载荷的计算
图6-31所示为自支承式塔设备受风压作用 的示意图。塔体会因风压而发生弯曲变形。吹 到塔设备迎风面上的风压值，随设备高度的增 加而增加。为了计算简便，将风压值按设备高 度分为几段，假设每段风压值各自均布于塔设 备的迎风面上，如图所示。
Fk Cz α1k mk g (N )
式中 Ｃz—— 结构综合影响系数，对圆筒形 直立设备取Cz=0. 5； α1—— 对应于塔器基本自振周期T（利用图630查取α1值时，应使T =T1）的地震影响系数 α值； ηk—— 基本震型参与系数；
关于 α—— 地震影响系数，按图6-30确定；图中曲 Tg 0.9 线部分按公式
（6-19）
（4 ）偏心载荷的计算
有些塔设备在顶部悬挂有分离器、热交换 器、冷凝器等附属设备，这些附属设备对塔体 产生偏心载荷。偏心载荷所引起的弯矩为： Me=me g e (6-20) 式中 me—— 偏心质量Kg e—— 偏心质量的重心至塔设备中心线的距离， mm
塔式起重机设计规范
塔式起重机设计规范1. 引言塔式起重机是一种常用的起重设备，广泛应用于工地、码头等领域。
为了保证塔式起重机的安全性和功能性，设计过程中必须遵循一定的规范，本文将介绍塔式起重机设计规范的相关要求。
2. 设计原则在进行塔式起重机的设计过程中，需要遵循以下原则：2.1 安全性原则塔式起重机的设计必须保证其在运行过程中能够保持稳定，并且能够承受额定的荷载。
设计中应考虑各种不同荷载情况下的稳定性和安全性。
2.2 功能性原则塔式起重机的设计应满足其预期功能，包括提升和移动重物的能力。
设计中应考虑不同工况下的功能需求，确保起重机能够满足实际使用需求。
2.3 经济性原则塔式起重机的设计应尽可能节约成本，同时要保证其性能和质量。
在设计过程中应考虑材料的成本、维护成本等因素，达到经济合理的设计方案。
3. 结构设计塔式起重机的结构设计是实现功能和安全的关键。
以下是一些常见的结构设计要求：3.1 塔身结构塔式起重机的塔身结构应具有足够的强度和刚度，以保证其在运行过程中不会发生变形或断裂。
在设计过程中，需要考虑材料强度、造型和连接方式等因素。
3.2 附着装置塔式起重机的附着装置用于固定塔身，以保证其稳定性。
附着装置应具有足够的牢固性，并且能够承受塔身和荷载的力。
3.3 提升装置塔式起重机的提升装置用于提升和放下重物。
提升装置应具有足够的承载能力和运行稳定性，并且具备合理的工作空间和速度等参数。
4. 控制系统设计塔式起重机的控制系统设计是实现操作和控制的关键。
以下是一些常见的控制系统设计要求：4.1 操纵方式塔式起重机的操纵方式可以采用手动或自动控制。
在设计中需要考虑操纵杆、按钮、遥控器等的布置和操作方式，以便操纵员能够灵活、准确地操作起重机。
4.2 安全保护装置塔式起重机的控制系统中应配备必要的安全保护装置，例如过载保护装置、限位保护装置等。
这些装置能够对起重机的运行状况进行监测，保证操作的安全性。
5. 维护与检修塔式起重机的维护和检修是保障其安全和运行的重要环节。
塔设备设计
3章 塔的机械设计3.1设计条件：塔体与裙座的机械设计条件如下：（1） 塔体内径mm D i 600=,塔高近似取H=12000mm 。
（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，保温材料密度为32/300m kg =ρ。
（7） 塔体与裙座间悬挂一台再沸器，其操作质量为./20003m kg m e =。
（8） 塔体与封头材料选用16MnR，其中[][]MPa 109.1E 345MPa 1701705⨯====，，，MPa MPa s t σσσ。
（9） 裙座材料选用Q235-B 。
（10）塔体与裙座对接焊接，塔体焊接接头系数85.0=φ。
（11）塔体与封头厚度附加量C=2mm ，裙座厚度附加量C=2mm 。
3.2 按计算压力计算塔体和封头厚度1、 塔体厚度计算[]mm mm p D p ctic 442.020.085.0170260020.02<=-⨯⨯⨯=-=φσδ取δ=4mm ，考虑厚度附加量C=2mm ，经圆整，取mm n 6=δ，mm e 4=δ 。
2、 封头厚度计算采用标准椭圆形封头：[]mm mm p D p ctic 442.020.05.085.0170260020.02<=⨯-⨯⨯⨯=-=φσδ，取δ=4mm,考虑厚度附加量C=2mm 经圆整后，取mm n 6=δ，mm e 4=δ。
塔机械设计数据
1400452502.667-176937.6420塔体16MnR[σ]t (Mpa)170[σ](Mpa)170σs (Mpa)裙座Q235-A [σ]t (Mpa)113[σ](Mpa)113σs (Mpa)13.040062mm 12.979614mm 1塔壳和裙座质量A 圆筒质量塔体圆筒高度H 039.86m外径D 01436mm圆筒质量m 125090.283kg B 封头质量324.61封头质量m 2649.22kgC 裙座质量锥形裙座尺寸Dis 2000mm 2m dis 1400mm1.4m裙座质量m 33813.1614kgD 塔壳和裙座质量m 0129552.664kg 2塔内构件质量75kg/m3塔内构件质量m 027966.2934kg 37388.166kg 4保温材料质量查得DN(mm )曲面高度mm直边高度140035040160040040保温材料质量m 035888.1564kg三. 塔的质量载荷计算查得DN=1400mm,壁厚18mm 的标准椭圆形封头质量由于锥角很小,故可按圆筒计算,取锥体的平均直径查得浮阀塔盘单位质量人孔,法兰,接管与附属物质量m a 一. 选择材料二. 按计算压力计算筒体和封头的壁厚塔体S 封头,采用标准椭圆封头S 加上壁厚附加量C=2mm,并名义厚度Sn6. 场地土为Ⅱ类场地土7. 支座为φ1200/ φ1800mm,高度Hs=5m 的圆8. 塔体焊接接头系数φ=0.85,塔体与裙座对接9. 塔体与封头的壁厚附加量取C=2mm,裙座厚液相介质密度 ρl(kg/m 3)机械设计课程设计理论机械设计条件塔体内径D （mm ）塔高 H(mm) 1. 每隔15个塔板左右开设一个人孔,共设5个.2. 相应人孔处安装操作平台,平台宽B=900mm 计算压力 Pc(Mpa)操作温度T(ºC)塔板数Np塔板上清液层高度h l (mm) 3. 塔体外表面保温层厚度δs=100mm,材料密度4. 塔器设置地区基本风压值q 0=500N/m 25. 地震设防烈度为7度5平台,扶梯质量m 044448.8891kg62306.4446kg7冲水质量m w 62200.102kg 8全塔操作质量m 057550.614kg 9全塔最小质量m min48871.134kg10全塔最大质量m max 117444.27kg 质量(kg) 塔段号12345圆筒质量m 1005035.6815035.685035.681封头质量m 20324.61000裙座质量m 3762.632293050.5291塔壳和裙座质量m 01762.632293375.13915035.6815035.685035.681塔内构件质量m 0200923.62821962.711847.256保温材料质量m 03058.921158.1171158.121158.117平台,扶梯质量m 0440697.77782857.7778857.778857.7778塔内物料质量m 050629.06183194.4792413.268413.2682人孔附属物质量m a 190.65807843.784791258.921258.921258.92冲水质量m w 0420.212315.041231512315.04塔段操作质量m 0993.290365604.68369428.60410686.510571.02塔段最大质量m max993.290365395.821721549.1722588.222472.8塔段最小质量m min 993.290364975.62178495.2228703.048679.948塔段长度(mm)10004000800080008000人孔,平台数01111塔板数00817162.283506s 塔的第二振型10.08地震影响系数α10.0166802H/Di=32.3214 >152确定危险截面0-0截面1-1截面3A 0-0截面M E l 0-0N*mm B 1-1截面M E l 1-1N*mm C2-2截面M E l 2-2N*mm1风力计算海边为A型1.38大连500q1A 风振系数的计算12六. 风载荷计算94334877.6塔段号计算危险截面的地震弯距97346645.0382304958.2裙座基底截面由地震设防烈度为7度, 查得αmax =由Ⅱ类场地土且结构综合影响操作时塔内物料质量m 05釜液深度h 0将全塔分为7段,各段质量载荷如下五. 地震载荷计算四. 塔的自振周期计算等直径,等厚度塔的基本自振周期T 1笼式扶梯单位质量q F3.210.2330.720.780.010.081.1 1.381.019641.135652B 有效直径D ei 的计算100mm 塔段号1234塔段长度l i 1000400080008000K 3(mm)400400400400K 4=2*∑A/l i025*******D ei (mm)2036228621612161C 水平风力计算结果如下塔段号1234K 10.70.70.70.7K 2i 1.0196364 1.135652 1.362691.592941q 0(N/m 2)690690690690f i 1.1 1.38 1.56 1.7l i (mm)1000400080008000D ei (mm)2036228621612161风力P i (N)1102.9686921.6217750.722612.082危险截面风弯距计算A 0-0截面M w 0-0N*mm B1-1截面M w 1-1N*mm C 2-2截面M w 2-2N*mm158.340625Mpa 2A 0-0截面σ20-0-5.61279MpaB 1-1截面σ21-1-6.88689Mpa AsmC2-2截面σ22-2-7.09877Mpa3A 0-0截面M max 0-0N*mm B1-1截面M max 1-1N*mm C 2-2截面M max 2-2N*mm3266028888七. 各种载荷引起的轴向应力计算计算压力引起的轴向拉应力σ1操作质量引起的轴向压应力σ2最大弯距引起的轴向应力σ338452007223994005975384520072232660288883994005975八. 筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核振型系数φzi (取u=1)风压高度变化系数f i (B类)风振系数K 2i有效直径D ei 的计算结果如下塔和管线的保温层厚度δsi =δps 设笼式扶梯与塔顶管线成90º角,取平台构件的投计算截面距地面高度h it (m )脉动增大系数ξ(B类)脉动影响系数νi (B类)1A 强度校核173.4Mpa>126.7874B 稳定性校核180Mpa>82.91122σmax 组压0-0-85.071013Mpa A=0.001489σmax 组压1-1-134.23115Mpa[σ]cr1A 试验压力p T 3.33375Mpaσ147.53530.9*σs *φ =263.925Mpa >σB 72.925781MpaC -15.4605MpaD 39.780968±MpaE σmax 组拉2-297.2462Mpa 许用应力0.9*Kσs *φ316.71MpaF σmax 组压2-2-55.2415Mpa许用应力180Mpa2A σ20-0-11.446Mpa σ21-1-14.17MpaB σ30-023.8375±Mpa σ31-1152.813±MpaC σmax 组压0-0-35.2831Mpaσmax 组压1-1许用应力168Mpa1基础环尺寸取D ob2400mm取D ib18402基础环应力校核8.88E+08mm 3A σbmax 4.798863Mpa B σbmax1.965902Mpa选用150号混凝土许用应力R a 7.5Mpa >σbmax 3基础环厚度（有筋板） b=167mm M42l 160-22082.99594.654140Mpa基础环材料的许用应力[σ]b满足要求地脚螺栓直径查得M x =-0.165*σbmax *b 2N*mm/mm 查得M y =0.0781*σbmax *l 2N*mm/mm >σmax 组压2-2裙座水压试验应力校核水压试验时，重力引起的轴向应力σ2基础环抗弯截面系数Z b基础环面积A b由弯距引起的轴向应力σ3最大组合轴向压应力校核满足要求十. 基础环设计水压试验时，重力引起的轴向应力σ22-2由弯距引起的轴向应力σ32-2最大组合轴向拉应力校核最大组合轴向压应力校核九. 筒体和裙座水压试验应力校核筒体水压试验应力校核由试验压力引起的环向应力σ满足要求由试验压力引起的轴向应力σ1筒体危险截面2-2处的最大组合轴向压应力σmax组压2-2许用轴向压应力[σ]cr 筒体危险截面2-2处的最大组合轴向拉应力σmax组拉2-2许用轴向拉应力筒体的强度与稳定性校核裙座的稳定性校核裙座危险截面0-0及1-1处的最大组合轴向压应力基础环厚度S b 30.763746mm取S b35mm1A 4.23948Mpa取σB4.23948Mpa2地脚螺栓直径取地脚螺栓个数n=28147十一. 地脚螺栓设计地脚螺栓承受的最大拉应力σB 由于σB >0,故此塔设备必须安装地脚螺栓以上各项计算均满足强度条件及稳定性条件地脚螺栓材料的许用应力[σ]bt 查得地脚螺栓直径M56选用28个M56的地脚螺栓，满足要求计理论数值计算开设一个人孔,共设5个.作平台,平台宽B=900mm,单位质量150kg/m3厚度δs=100mm,材料密度ρ2=300kg/m3风压值q0=500N/m2土00mm,高度Hs=5m的圆锥形裙座=0.85,塔体与裙座对接焊接附加量取C=2mm,裙座厚度附加量取C=2mm345235E (Mpa)190000mm,并圆整,还应考虑刚度,稳定性及多种载荷等因素,取筒体,封头和裙座18mm Se16mm1.436m内径Di 1.4mρ钢7850kg/m3kg直边高度h240mmDos2036mm 2.036mdos1436mm 1.436mDim1700mm 1.7mDom1736mm 1.736mmm内表面积m2容积V m32.30050.42022.97610.616640kg/m 0.7m67合计5035.6814916.08425058.80324.61649.22003813.165035.6815240.69429521.21962.711269.9897966.291158.1171189.5315880.92857.77782884456.89413.2682267.40882330.751258.921310.1737380.312315.0412442.7662123.110686.479565.79757536.322588.2521741.151173298703.0388282.39748832.680008200452001051711690.380584第三0.126860.40.52-2截面M E 0-0N*mmM E 1-1N*mm M E 2-2N*mm690q1t123597.934567裙座与塔底焊接处截面1117918597102881197.8必须考虑高振型影响裙座人孔处截面地土且近震, 查得Tg=合影响系数 Cz=h 0q F17.224.231.238.245.2333330.820.840.8610.8650.8750.230.40.590.8211.56 1.71.811.91 1.981.3626921.592941 1.841972.11412.3257576108mm 567800080008200400400400125125121.9512161216121615670.70.70.71.8419722.114084 2.325766906906901.81 1.91 1.988000800082002161216121612783933716.8839413.580517.87σ30-079.45823±Mpa σ31-1127.3443±Mpa Zsm30195321σ32-2132.6032±Mpa各危险截面的σ3计算如下塔顶管线外径d 0件的投影面积∑A=0.5m 2183.8451Mpa 1.2Mpa -139.702Mpa A=0.0021486查得 B=150MpaMpa查得 B=140Mpa168MpaMpa-166.983Mpamm 1864849mm 2取σbmax4.798863Mpamm b/l 1.0437522082.9N*mm/mm取M s =|M x |max 组压2-2满足要求积A b>σmax 组压2-2满足要求满足稳定性条件满足强度条件压2-2拉2-2组合载荷系数 K=满足稳定性条件B0.821495Mpa螺栓Mpa d149.4533mm。