化工机械设备程设计(板式塔)副本
化工原理课程设计-板式精馏塔设计资料教程
umax C
L V V
umax — 最 大 空 塔 气 速 ， m / s
L、V — 分 别 为 液 相 与 气 相 密 度 ， kg m 3
负荷系数
C
C
20
20
0 .2
( C20 值 可 由 S m i t h 关 联 图 求 取 )
（ 3） 加 料 板 位 置 的 确 定
求 出 精 馏 段 操 作 线 和 提 馏 段 操 作 线 的 交 点 x q 、 y q ， 并 以x q 为 分
界线，当交替使用操作线方程和相平衡关系逐板往下计算到
xn xq 且 xn1 xq 时 ， 就 以 第 n 块 板 为 进 料 板 。
（ 4） 实 际 板 数 的 确 定
对高发泡系统及高压操作的塔，停留时间应加长些。
故在求得降液管的截面积之后，应按下式验算液体在降液管内的
停留时间，即
A f H T LS
5.注意事项: 写出详细计算步骤,并注明选用数据的来源; 每项设计结束后,列出计算结果明细表; 设计说明书要求字迹工整,装订成册上交。
第二部分：筛板式精馏塔设计方法
一. 工艺计算 二. 设备计算 三. 辅助设备计算 四. 塔体结构 五. 带控制点工艺流程图
一．工艺计算
主要内容是(1)物料衡算 (2)确定回流比 (3)确定理论板数 和实际板数 (4)塔的气液负荷计算 (5)热量衡算
(1).堰 长 lW : 依 据 溢 流 型 式 及 液 体 负 荷 决 定 堰 长 , 单 溢 流 型 塔 板 堰
长 lW 一 般 取 为 ( 0 . 6 ～ 0 . 8 ) D ； 双 溢 流 型 塔 板 ， 两 侧 堰 长 取 为 ( 0 . 5 ～
化工机械设备课程设计(板式塔)---副本
第1章绪论............................................. .错误!未指定书签1.1 课程设计的目的................................... 错误！未指定书签1.2 课程设计的要求................................... 错误！未指定书签1.3 课程设计的内容................................... 错误！未指定书签1.4 课程设计的步骤................................... 错误！未指定书签第2章塔体的机械计算................................... 错误!未指定书签2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度.................... 错误！未指定书签2.1.1 塔体厚度的计算 .............................. 错误！未指定书签2.1.2 封头厚度计算 ................................ 错误！未指定书签2.2 塔设备质量载荷计算.............................. 错误！未指定书签2.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量 .................... 错误！未指定书签2.2.2 塔内构件质量 ................................ 错误！未指定书签2.2.3 保温层质量 .................................. 错误！未指定书签2.2.5 操作时物料质量 ............................... 错误！未指定书签2.2.6 附件质量 ..................................... 错误！未指定书签2.2.7 充水质量 .................................... 错误！未指定书签2.2.8 各种载荷质量汇总 ............................. 错误！未指定书签2.3 风载荷与风弯矩的计算............................. 错误！未指定书签2.3.1 风载荷计算 .................................. 错误！未指定书签2.3.2 风弯矩的计算 ................................. 错误！未指定书签2.4 地震弯矩计算..................................... 错误！未指定书签2.5 偏心弯矩的计算................................... 错误！未指定书签2.6 各种载荷引起的轴向应力.......................... 错误！未指定书签2.6.1 计算压力引起的轴向应力 ...................... 错误！未指定书签2.6.2 操作质量引起的轴向压应力 ..................... 错误！未指定书签2.6.3 最大弯矩引起的轴向应力 ...................... 错误！未指定书签2.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核............... 错误！未指定书签2.7.1 截面的最大组合轴向拉应力校核 ................ 错误！未指定书签2.7.2 塔体与裙座的稳定性校核 ....................... 错误！未指定书签2.8 塔体水压试验和吊装时代应力校核.................. 错误！未指定书签2.8.1 水压试验时各种载荷引起的应力....... 错误！未指定书签2.8.2 水压试验时应力校核................. 错误！未指定书签2.9 根底环设计............................. 错误！未指定书签2.9.1 根底环尺寸.................................. 错误！未指定书签2.9.2 根底环的应力校核................... 错误！未指定书签2.9.3 根底环的厚度................................ 错误！未指定书签2.10 地脚螺栓计算.......................... 错误！未指定书签2.10.1 地脚螺栓承受的最大拉应力 .......... 错误！未指定书签2.10.2 地脚螺栓的螺纹小径......................... 错误！未指定书签第3章塔结构设计............................. 错误！未指定书签3.1 塔盘结构............................... 错误！未指定书签3.2 塔盘的支承............................. 错误！未指定书签参考文献 .................................. 错误！未指定书签自我总结..................................... 自误！未指定书签1.1 课程设计的目的(1)把化工工艺与化工机械设计结合起来, 稳固和强化有关机械课程的根本理论和知识根本知识.(2)培养对化工工程设计上根本技能以及独立分析问题、解决问题的水平.(3)培养识图、制图、运算、编写设计说明书的水平.1.2 课程设计的要求(1)树立正确的设计思想.(2)具有积极主动的学习态度和进取精神.(3)学会正确使用标准和标准,使设计有法可依、有章可循.(4)学会正确的设计方法,统筹兼顾,抓主要矛盾.(5)在设计中处理好尺寸的圆整.(6)在设计中处理好计算与结构设计的关系.1.3 课程设计的内容塔设备的机械设计.2200 1.91.4 课程设计的步骤(1)全面考虑按压力大小、温度上下、腐蚀性大小等因素来选材.(2)选用零部件.(3)计算外载荷,包括内压、外压、设备自重,零部件的偏载、风载、地震载荷等.(4)强度、刚度、稳定性设计和校核计算(5)传动设备的选型、计算.(6)绘制设备总装配图.第2章塔体的机械计算2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度2.1.1 塔体厚度的计算考虑厚度附加量 C = 2 ,经圆整,取6n =222.1.2 封头厚度计算米用标准椭圆封头:1.9 22002 170 0.85 -0.5 1.9考虑厚度附加量C =2,经圆整,取6n =222.2 塔设备质量载荷计算2.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量 m 01圆筒质量： m 1 =1205 36.79 -44331.95封头质量： m 2 =2 ：V =2 ：S 、n= 2 7800 5.5229 22 = 1895.46裙座质量：m 3 =1205 3.06 =3687.3m 0 = m 1m 2 m 3 = 44331.95 1895.46 3687.3 = 49914.71说明：1塔体圆筒总高度为 H O= 36.79 m ；2 查得2200 mm,厚度22 mm 的圆筒质量为1205 kg;23查得 2200封头,内外表积为5.229 m 3裙座高度3060 mm 〔厚度按22计〕.P c D i2[二]t - P c1.9 2200 2 170 0.85 -1.9=14.56mmP c D i2[-]t-0.5p c=14.51mm2.2.2塔内构件质量m022 _ __ _____ __ _ _ 2 _ ___ _______ ___m02 = —D j 75 70 =0.785 2.2 75 70 =19946.854浮阀塔盘质量为75 kg22.2.3 保温层质量m03 、2 、2-・・m03 = —[(D j 2『2、)2 -(D i 2、n)2]H0：2 2：2V03 = 4= 0.785[(2.2 2 0.022 2 0.1)2 -(2.2 2 0.022)2] 36.79 3002 (1.99 -1.55) 300= 8387.412.2.4 平台与扶梯质量m04m04 =][(Di 2、n 2 2B)2 - (Di 2、n 2 )2] (nq p q F H F_ _ _ _ _ __ _____ __ ___2 _ ________________ __2_ _ _ _ _= 0.785[(2.2 2 0.022 2 0.1 2 0.9) -(2.2 2 0.022 2 0.1) ] 0.5 8 150 40 39 =7230.09说明：平台质量p1502;笼式扶梯质量q p40;笼式扶梯高度F39m,平台数82.2.5 操作时物料质量m05m05 = 一Di2h w N：1 — Di2h°N：1 V f " 4 4= 0.785 2.220.1 70 800 0.785 2.22 1.8 800 1.55 800二27987.76说明：物料密度a=800kg/m3,封头容积V f =1.55m3.塔釜圆筒局部深度h0=1.8,塔板层数70,塔板上7层高度h w=0.1m按经验取附件质量m a = O.25m0i = 12241.752.2.7 充水质量m w：■- 2 2 _________________ _ ____ _________ ___ m w = —Di 2H o： w 2V f ：w =0.785 2.22 36.79 1000 2 1.55 1000 = 142879.93kg 4其中二w = 1000kg/m32.2.8 各种载荷质量汇总表2-1质量汇总塔段0〜1 1〜2 2〜3 3〜4 4〜5 5〜顶合计塔段长度1000 2000 7000 10000 10000 10000 40000 人孔与平台数0 0 1 3 2 2 8 塔板数0 0 9 22 22 17 70m O1 1205 3358 8435 12050 12050 12817 49915 m：2 一一2565 6269 6269 4844 19947m O3 一132 **** **** 2208 2293 8387 m：4 40 80 988 2526 1818 1778 7230 m：5 一1240 8207 6688 6688 5165 27988 m a 301 840 2109 3013 3013 3204 12479 m w 一1550 26593 37990 37990 38757 142880 m e 一2800 5200 一一一8000 m O 1546 8450 29050 32754 32246 30101 133946 各塔段最小质量1546 5911 18214 22446 20917 21159 90000 全塔操作质量m°= m O1 m02 m°3 m04 m05 m e m a =133946全塔最小质量m min = m01 0.2m02 m03 m04 m a m e =90000水压试验时最大质量m max =m01 m02 m03 m04 - m a m w m e =2488382.3风载荷与风弯矩的计算2.3.1 风载荷计算2—3段计算风载荷旦P 3 =K i K 23q 0 f3%D e3 10 -(N)式中： K i =0.72 q o =400f 3 =1.00 l 3 =7000mm、3 -0.7210 —1.31s= 2.40z3=0.113按下式计算,取a, b 中较大者a De3 =D°i 2、s3 K4 K3b De 3 =Doi 2、s3 K4 do 2、ps取七=400 mm , &=,s =100mm表2-2载荷汇总2.40 0.72 0.111.00= 1.190 ,K 42% A2 1 900 10007000=257 mm计q 0管 liKi V i2iU 平D ei P ik 2i f iH itk 4台K23=1段1 1000 400 0.7 0.72 0.0075 2.80 1.02 0.64 1 0 0 2620 4812 2000 400 0.7 0.72 0.0375 2.80 1.11 0.723 0 0 2620 11673 7000 400 0.7 0.72 0.110 2.80 1.22 1.00 10 1 257 2877 68904 10000 400 0.7 0.79 0.350 2.80 1.62 1.25 20 3 540 3160 179065 10000 400 0.7 0.82 0.665 2.80 2.07 1.42 30 2 360 2980 245856 10000 400 0.7 0.85 1.000 2.80 2.53 1.56 40 2 360 2980 328802.3,2风弯矩的计算截面0—0M,=吟BQ l 另P3(l l l2 I3) .... P6(l l I2 …勺1000 / 2000、/ 7000、=556父 --- +1338 黑(1000 + ------ ) +7699 “1000 + 2000 +----------- )+2 2 210000、19205 父(1000 +2000 +7000 + ------- ) +26162 工(1000 + 2000 + 7000 +210000、/ 10000、10000 + -------- ) +34317 父(1000 +2000 +7000 +10000 +10000 +----------- )2 2=278000 2676000 50043500 288075000 654050000 1202195000= 2.1962 109N mm截面’1 1MT = P2 + P3(l2 +=)+.... +P6(l2 +I3 +...+=)2 2 2/2000、/ 7000、/ 10000、= 1338父(-- )十7699父(2000+----- )+19205父(2000+ 7000+ ------- )2 2 2/ 10000、/+ 26162父(2000 + 7000 + 10000 + --- )+34317M(2000+7000+10000+1000042=2338000 42344500 268870000 627888000 1166778000一一一一9= 2.1072 10 N mm截面2—2M 二二 P 3,... P 6(l 3 l 4...以7000、 / 10000、 / 10000、=7699 父 --- )+19205 父(7000 + --------- ) +26162 乂(7000 +10000 + -------- )2 2 210000、+ 34317 父(7000 +10000 +10000 + ------- )2 = 1.9311 109 N mm2.4 地震弯矩计算1=0.02T 1 = 1.31s1=0.02 (0.05 - 1)/9 =0.02 (0.05 -0.02)/9 =0.023% =0.086 ,H /D i =40000/2200 =18.18 . 15 按以下方法计算地震弯矩 截面0—0. 16 169M E =一 ：1m 0gH = 0.086 133946 9.81 40000 =2.066 109 N mm35 350 _0 0 _0' Q QM E =1.25M E =1.25 2.066 109 = 2.583 109N mm截面’1 1M E 4' = 81m0g (10H 3.5 -14H 2.5h 4h 3.5)175H 2.53.5 2.5 3.5(10 40000-14 40000 1000 4 1000 )__ 9= 1.944 10 N mmME" =1.25M E4 = 1.25 父1.944 M 109 = 2.493 X 109N mm=0.9+ 0.05-1 0.5+5 5= 0.95:八0.05一 10.06 1.7 1 二1 0.05 -0.020.06 1.7 0.02= 1.319 , 等直径等厚度的塔, 8 0.086 133946 9.81 175 400002.58 1m02g(10H 3.5 -14H 2.5h 4h 3.5) 175H 2.5(10 400003.5 -14 400002.5 3000 4 30003.5)9一= 1.849 10 N mm2 2 2 2' 9 9M E =1.25M E =1.25父1.849M10 =2.311父10 N mm .2.5 偏心弯矩的计算偏心弯矩 M e =m e ge =8000 9.81 2000 =1.57 108N mm2.6 各种载荷引起的轴向应力2.6.1 计算压力引起的轴向应力2.6.2 操作质量引起的轴向压应力$2截面0 —0其中、es =22 —2 =20mm 截面1—11 4 m °g = 132400 9.81 A sm 1.435 105其中 m ：‘=133946-1546=132400 , A sm = 1.435 父 105 mm 2 截面2—2截面2—28 0.086 133946 9.81175 400002.5P c D i 4 e1.9 22004 20= 52.25MPa0 .0二 20 -0 m °g 二D 「ei133946 9.813.14 2200 20=9.51MPa= 9.05MPa2 2二产二3二 122404 9.81 =8.69MPa其中 m/ =132400 -1546 - 8450 = 1224042.6.3 最大弯矩引起的轴向应力§3截面0 —00_0 0 0 _9_8___ _9M max = M ： M e = 2.196 1091.57 108 =2.353 109N mmM 黑=M E" +0.25M ：" +Me =2.583X108 + 0.25父 2.196 父 108 +1.57 父108max匚e= 3.289 108N mm截面1—1截面2—2=M 『 M e =1.931 109 1.57 108 =2.088 109N mm =M E"+ 0.25M ." + M e = 2.311 父108 + 0.25 父 1.931M 108 +1.57 父108 一一_ 9= 2.951 10 N mmMm:92.951 109 20.785 22002 20=38.81MPa二 D i 、ei 3.14 2200 20 0 _0 --30 _0 Mmax3.289 109 20.785 22002 20=43.26MPa2 _29Mmax4 2.436 10ZsmL = 41.75MPa7.606 10M 14 max二 M/M e =2.107 109 1.57 108 = 2.264 109N mmM 14 max=M 『+0.25M / + M e = 2.493 父108 +0.25 父 2.107 父 108 +1.57父108= 3.176 108N mm Z sm =7.606 107NmmM 」M 」2.7塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核2.7.1 截面的最大组合轴向拉应力校核截面2-2k- t =170 Mp a= 0.85K =1.2K " =1.2 170 0.85 =173.4 Mp a2 _2 2_22_2_ ___ 二max =二1 - 二2 二3 =52.5-8.69 38.81 -82.62MPa =82.62MPa :二K［二］t =173.4MPa满足要求2.7.2塔体与裙座的稳定性校核截面2-2A 0.094、6一R i 0.094 20 =0.00171100138［二］t=1701.22 .22-2 2 -2 —二max =二2 二 3 =8.69 38.81 =47.5MPa2-2 _ __ t_ _二max =47.5MPa T］cr =min{KB,K［二］} = min{ 166,204} 满足要求截面1-1A = 118 0.094 1 0.094 20------------- =------------------------ = 0.0017Ri 1100166MPa［二］t =105MPa1.2 1 1 1 1 _____ 1J /_ _ ____ ___=二-2 二 3 =9.05 41.74 =50.80MPac m a；1 1 _ __ _____ __ t_ _ _ _____________ ____二mat =50.80MPa 二［二］Cr =min{KB,K［二］} = min{ 141.6,126} =126MPa 满足要求截面0-0: 0.094、ei = 0.094 200.0017AR i 1100B =118MPa［二］t =105MPa 1.2二m：=二7 二0' =9.541 43.26 = 52.77MPa仃mt =52.77MPa ＜［.］5=min{ KB, K叵］,=min{141.6,126} = 126MPa 满足要求计算危险截面项目----------------------------------------------------------------0-0 1-1 2-2塔体与裙座有效厚度6e,20 20 20 截面以上的操作质量m'6' ,133946 132400 122404 计算截面面积A, mm2138230 143500 138230 计算截面的截面系数Zi1, mm376.03 10676.61 10676.31 106i-i最大弯矩M max,N mm93.289 10993.176 10992.951 109最大允许轴向拉应力K b ］；；MPa 173.4 一一141.6 141.6 165.6最大允许压应力K !126 126 204 计算压力引起的轴向拉应力二- 1 0 0 52.25 操作质量引起的轴向压力；少9.51 9.05 8.69 最大弯矩引起的轴向压力;寸43.26 41.75 38.81 最大组合轴向拉应力；：；ma x52.77 50.80 47.50 最大组合轴向拉应力;喀派一一82.62强度一一2工t . 二max：K［二］满足要求强度与稳定校核稳定性, 0 -0「max :二［-］cr二min{ KB,K［二］)满足要求_ 1」-- max :二［-］cr二min{ KB, K［二］)满足要求2N--max :二4］cr二min{ KB,K［二］)满足要求表2-3各危险截面强度校核汇总2.8塔体水压试验和吊装时代应力校核2.8.1 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P T D i 2.375 2200------- = =65.31 M P a2.8.2 水压试验时应力校核 (1)筒体环向应力校核0.9 s =0.9 345 0.85 = 263.9MPa二T =154.01MPa ：二0.9；%=263.9MPa 满足要求(2)最大组合轴向应力校核C-二二 二二二65.31 17.58 9.68 = 57.41MPa max ।2 30.9 1 =0.9 0.85 345 = 263.9MPa二la 2 =57.41MPa ：0.9 1 =263.9MPa 满足要求(3)最大组合轴向压应力校核二I ： -；「二 二丁 二17.58 9.68 =27.26MPa max二1［"二］cr =min{ KB,0.9;s } =min{138.4,310.5} =138MPa(P T +液柱静压力)(D i +6ei )(2.375 + 0.4)(2200 +20)2、：ei2 20=154.01MPaP T［二］ 170=1.25 p — =1.25 1.92.375M Pa［打 170液柱静压力=H =1000 40 =0.4MPa(2) 试验压力引起的轴向拉应力4、e 4 20 (3) 最大质量引起的轴向压应力2 _2二 2m ma2g 247653 9.81D i J e 3.14 2200 20= 17.58M P a(4) 弯矩引起的轴向应力2_2二(0.3MZ M e )98(0.3 1.93 1091.57 108)二 2—D i e 40.785 22002 20= 9.68M P a满足要求2.9根底环设计2.9.1根底环尺寸2.9.2 根底环的应力校核取以上两者中的较大值c-bmax -3.85MPa 选用100号混凝土, R a =5.0 MPa二 bmax =3.84 ：二 R a满足要求.2.9.3 根底环的厚度[5b =140MPa ; C =3 mm . 11b[D 0b -(D is 2 es )] [2500 -(2200 2 20)] -130mm 22假设螺栓直径为M56, l =160 mm , b =空 =0.65l 160取 D ob = D is 300 =2200300 : 2500 mmD ib=D is-300 = 2200 -300 =1900 mm!二1 ax= max{0 - 0 M maxzbm o gAb.0.3 M w+ M e+ mm axg ;,Z A其中A b =~ D2ob2 Db=0.785 (2500 2 -1900 2) = 2073000 mm 2Z b二(D04b -D ：)32 D ob_______ 4 ____ 43.14(2500 -1900 ) 32 2500=10 .2210 8mmM max 0 m 0 g _ 3.289 10 9 132761 9.81Z b A b - 1.02210 8 273000=3 .85 MPa 二 bmax0.3M - M e . m max gZ bA b0.3 2.196 109 1 .57 10 810 .22 10 8247653 9.812073000=1.91 MPa2 2M x =-0.2360 c b max b =-0.2360 3.85 130 =-15355.3N mm22M y =0.0532 1 '.■ b max l =0.0532 3.85 200 =8192.8N mm取其中较大值,故 M s =15355.3N mm3-29.62圆整后取、；b =34mm2.10地脚螺栓计算2.10.1 地脚螺栓承受的最大拉应力0 _00 _00 _0仃=max{ M 【+Me _ mming M E 1 40.25M 1*Me _ m °g }“bZbA b 'ZbA b其中m min =88815kg0 -0 _ 9M E=2.583 10 N mm M 片=21.96 109N mmm 0 =132761kgZ b =10.22 108 mm 3 A b =2073000 mm 30-00-0M E 0.25M W M e _ 2.583 109 0.25 2.196 109 1.57 108 Z b 10.22 108取以上两数中的较大值,故 入=3.22MPaM W M eZ bm min g A b2.196 109 1.57 10888815 9.81 10.22 1082073000= 1.88 MPa=3.22MPad b6 15355.31302.10.2 地脚螺栓的螺纹小径仃b >0,取36,［仃］b =147MPa , C2 = 3mm4b B A b 4x3.223x2073000di 3=43.075mm,J 2 J -----------------------------------------二n［、］bt, 3.14 36147查得M56螺栓的螺纹小径d1 =56mm ,应选用36个M56的地脚螺栓,满足要求.第3章塔结构设计3.1 塔盘结构选用分块式浮阀塔塔盘3.2 塔盘的支承采用支撑梁结构支持圈参考文献[1]刁玉玮,王立业,喻健良.化工设备机械根底〔第六版〕[M].大连理工大学,2006, 12.[2]蔡纪宁,张秋翔,化工机械根底课程设计指导书.[M].化学工业出版社,2021,8.自我总结通过此次课程设计,使我更加扎实的掌握了有关化工机械设备方面的知识, 在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又一次的思考,一遍又一遍的检查终于找出了原因所在,也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验缺乏.实践出真知,通过亲自动手制作,使我们掌握的知识不再是纸上谈兵.在课程设计过程中,我们不断发现错误,不断改正,不断领悟,不断获取.最终,这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多问题,最后在老师的指导下,终于游逆而解.在今后社会的开展和学习实践过程中, 一定要不懈努力, 不能遇到问题就想到要退缩,一定要不厌其烦的发现问题所在,然后一一进行解决,只有这样,才能成功的做成想做的事,才能在今后的道路上劈荆斩棘,而不是知难而退,那样永远不可能收获成功,收获喜悦,也永远不可能得到社会及他人对你的认可！通过这次课程设计,我掌握了如何将化工工艺条件与化工设备设计有机的结合起来,使所学有关机械课程的根本理论和根本知识得以稳固和强化,为今后设计化工化工设备及机械打下一定的根底.实验过程中,也对团队精神的进行了考察,让我们在合作起来更加默契,在成功后一起的喜悦心情,果然是团结就是力量.只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果.我认为,在这学期的实验中,在收获知识得同时,还收获了阅历,收获了成熟,在此过程中,我请教老师和同学,使我在专业知识好动手实践方面都得到了很好的提升,在此,要对老师和同学表示衷心的感谢.附录A主要符号说明根底环面积：裙座筒体的截面积：A^根底环伸长宽度：b厚度附加量：C塔内直径：D i弹性模量：E塔体高度：H笼式扶梯高度：H F塔盘介质层高度：h w风压高度变化系数：K i 地震弯矩：M E'风弯矩：M W充液质量：m W塔盘数：N人孔个数：n 设计压力：P平台质量：q p p笼式扶梯质量：q F各类土场的特征周期：Tg 自振周期：T1设计温度：t裙座筒体的截面系数：Z sm 常温屈服点:、飞介质密度：：塔外保温层厚度：飞圆筒计算厚度：名义厚度：有效厚度：1保温材料密度：「2根本振型参数：k地震影响系数：1脉动增大系数：’根本风压值：q 0载荷组合系数：k附录B塔设备的装配图地震影响系数：：・ 风压高度变化系数：f i自振周期地震影响系数：： 设计温度弹性模量：E t。
化工原理课程设计《板式塔课程设计》省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
塔
高
加料口板间距加大，设测试
口；
塔釜空间=1-3m，设人孔、测试口；
裙座=2m，设人孔两个。
绘图
➢物料流程图： 只标设备名称，物料构成、流量。
➢塔板构造图： 塔板分块、孔旳排列、降液管旳尺寸；
➢塔体工艺图： 总高、管口位置、板间距、管口方位、 管口表、技术特征表。
河北科技大学
设计 制图 审核 批准
D圆整 初选塔径 1米下列100
进制
构造参数旳设计
hw , ho ,Ws ,Ws' ,Wc ,do , t
how
hn
溢流强度 i= Lh < 3.5 ~ 4.5
hw
LW
计算hOW
hw 20 ~ 50mm
hw hL - how
ho 20 ~ 25mm hw
hL = 60mm
降液管、受液盘旳构造及尺寸
进料管：泵加料 u= 1-3m/s；高位槽进料u= 0.5-1m/s
回流液管：泵回流 u= 1.5-3m/s；重力回流u= 0.5-1m/s
（3）冷却剂、加热剂用量
Qc Vrc WcC p t2 t1
QB VrB W蒸汽 r蒸汽
t2 400C ~ 450C
冷却剂用量 加热剂用量
将工艺计算成果列表
用途
塔顶蒸汽管 排空管 回流管 进料管
塔底蒸进口管 热电阻接口 压力计接口 液位计接口
塔底液体出口管 人孔
河北科技大学
设计 制图 审核 批准
浮阀精馏塔 工艺条件图
图号
材料 比例
1:50
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5、设计阐明书内容
每项单独一页 正文
每项单独一页
典型化工设备设计塔设备结构
3、塔盘的支承
对直径不大的塔（＜2000mm)，塔盘 的支承一般用焊在塔壁上的支持圈
对直径较大的塔（＞2000~3000mm）， 需支承梁结构。
典型化工设备设计塔设备结构
基本特点
第三节 填料塔
填料塔在传质形式上与板式塔不同，
下列情况优先选用板式塔：
1）塔内液体滞液量较大，要求塔的负荷变化范围较宽， 对进料浓度变化要求不敏感，要求操作易于稳定；
2）塔内负荷较小；
3）含固体颗粒、容易结垢、有结晶的物料；
典型化工设备设计塔设备结构
一、总体结构
第二节 板式塔结构
1、塔体与裙座结构
2、塔盘结构：塔盘板、降液管、溢 流堰、紧固件和支承件。
与整块式的区别
分块式：无塔盘圈，有支持圈(支持板)，无密封结构 整块式：有塔盘圈，无支持圈(支持板)，有密封结构
典型化工设备设计塔设备结构
塔盘板结构
主要有自身梁式和槽式。
典图型化6-工9 设塔备盘设计板塔结设构备结构
典型化工设备设计塔设备结构
典型化工设备设计塔设备结构
分块式塔盘板（自身梁式）
通道板—— 接近中央处设置，塔内清洗和维修。 在同一垂直位置上，以利采光和拆卸。 也可用一块塔盘板代替，见下图
塔设备完成的单元过程有：精馏、吸收、解 吸、萃取。这些过程是在一定的温度、压力、流 量等工艺条件下完成的。因此，塔的结构必须保 证气－液两项，或者液－液两项的充分接触，和 必要的传质、传热面积、以及两项分离的空间。
典型化工设备设计塔设备结构
塔设备除要满足工艺条件以外，还应满足下列条 件：
1. 气液两相充分接触，相际间传热面积大， 接触时间充分。
定典距型化管工式设备塔设盘计结塔设构备结构
化工设备机械基础：第八章 塔设备的机械设计
8.1 塔体与裙座的机械设计 8.2 塔体与裙座的机械设计举例 8.3 板式塔结构 8.4 填料塔结构
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2020/12/14
第八章 塔设备的机械设计
本章重点：板式塔的基本结构和塔设备的应力校核 本章难点：地震载荷、风载荷的计算 计划学时：7学时
Fk 11k mk g
α1—对应于塔器基本自震周期T1的地震影响系数α。 其值可从图8－6中查取。
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中国地震烈度表
1度：无感－仅仪器能记录到。 2度：微有感－特别敏感的人在完全静止中有感。 3度：少有感－室内少数人在静止中有感，悬挂物轻微摆动。 4度：多有感－室内大多数人，室外少数人有感，悬挂物摆动，不稳器皿作响 5度：惊醒－室外大多数人有感，家畜不宁，门窗作响，墙壁表面出现裂纹。 6度：惊慌－人站立不稳，家畜外逃，器皿翻落，简陋棚舍损坏，陡坎滑坡。 7度：房屋损坏－房屋轻微损坏，牌坊，烟囱损坏，地表出现裂缝及喷沙冒水 8度：建筑物破坏－房屋多有损坏，少数破坏路基塌方，地下管道破裂 9度：建筑物普遍破坏－房屋大多数破坏，少数倾倒，牌坊，烟囱等崩塌，铁 轨弯曲。 10度：建筑物普遍摧毁－房屋倾倒，道路毁坏，山石大量崩塌，水面大浪扑岸 11度：毁灭－房屋大量倒塌，路基堤岸大段崩毁，地表产生很大变化 12度：山川易景－建筑物普遍毁坏，地形剧烈变化动植物遭毁灭
/ 0.785Di2ei (MPa)
式中 Mmax i－i——计算截面处的最大弯矩，取风弯矩 或地震弯矩加25％风弯矩两者中较大值与偏心弯矩之
和。 2）求出最大组合压应力
根据塔设备在操作时或非操作时各种危险情况对 σ1、σ2、σ3进行组合，求出最大组合轴向压应力σmax i－i 。
浮阀塔的设计例示 - 副本
浮阀塔的设计例示板式塔化工设计程序装置的有关条件：操作条件、物料平衡、热量平衡、分离要求、榙板数。
给定塔板设计条件气液流量的范围、物性常数、允许压力降。
准备事项确认物料的起泡性能、选定塔盘型式。
确定塔径假定塔板间距、气液接触区面积、溢流区面积及塔径的确定。
溢流区的设计1溢流堰长度及宽度、堰高、降液管空间。
气液接触区的设计2浮阍数及排列（浮阀塔盘）、泡罩的设计及排列（泡罩塔盘）、孔径、开孔面积及排列（筛板塔盘）。
各项校核计算3塔板上液层高度、压力降、降液管内液体高度。
45有下述情况时，须对以上步骤中的1~5项，作重复计算。
溢流区设计算得的出口堰长度，使气体通道的面积不够或不在限定的范围内。
孔的排列间距及开孔面积不在限定的范围内。
雾沫夹带量超过限度或发生液泛。
允许压力降及漏液量超出限度。
降液管内的液体高度超出限度。
题目拟建一浮阀塔用以分离某种液体混合物，决定采用F1型浮阀（重阀，33g），试按所给条件进行浮阀塔的设计计算。
塔设备主要结构尺寸的确定塔高板式塔的高度（如图）系由主体高度H z、顶部空间高度H a、底部空间高度H b、以及裙座高度H s构成。
塔的顶部、底部空间及裙座高度塔的顶部空间高度塔的顶部空间高度是批塔顶第一导塔盘到塔顶封头切线的距离，为了减少塔顶出口气体中夹带的液体量，顶部空间一般取1.2~1.5m。
有时为了提高产品质量，必须更多地除去气体中夹带的雾沫，则可在塔顶设置除沫器。
如有金属除沫网，则网底到塔盘的距离一般不小于塔板间距。
塔的底部空间高度塔的底部空间高度是批塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线处的距离。
当进料系统有15min的缓冲容量时，釜液的停留时间可取3~5min，否则须取15min。
但对釜液量流量大的塔，停留时间一般也取3~5min；对于易结焦的物料，在塔底的停留时间应缩短，一般取1~1.5min。
据此，就可从釜液流量求出底部空间，再由已知的塔径求出底部空间的高度。
加料板的空间高度加料板的空间高度取决于加料板的结构型式及进料状态。
化工原理板式塔及其设计计算
② 降液管液泛 当塔内气、液两相流量较大，导致降液管内阻力及塔板阻
力增大时，均会引起降液管液层升高，当降液管内液层高度难 以维持塔板上液相畅通时，降液管内液层迅速上升，以致达到 上一层塔板，逐渐充满塔板空间，即发生液泛。并称之为降液 管液泛。
说明：两种液泛互相影响和关联，其最终现象相同。
② 降液管形式和底隙 降液管：弓形、圆形。 降液管截面积：由Ad/AT = 0.06 ~ 0.12 确定； 底隙 hb ：通常在 30 ~ 40 mm。
③ 溢流堰（出口堰） 作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。 型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。
堰高 hW：直接影响塔板上液层厚度 过小，相际传质面积过小； 过大，塔板阻力大，效率低。 常、加压塔：40 ~ 80 mm ； 减压塔：25 mm 左右。
整理出： qVL h3.07lW
③ 严重漏液线（气相下限线）
h 0 0 . 0 0 0 . 1 h 5 W 3 h O 6 W h
h0
1 (u0 2g c0
)2
v L
代入相关公式，如hOW、σ、u0’，整理出。
④ 液相上限线——保证液体在降液管中有一定的停留时间。
Ad HT 5s
Ls
缺点：浮阀易脱落或损坏。
（4）多降液管（MD）塔板 优点：提高允许液体流量
6.10.5 筛板塔化工设计计算
（1）塔的有效高度 Z
已知：实际塔板数 NP ； 选取塔板间距 HT；
理论塔板数计算
有效塔高： ZHT Np 塔体高度：有效高+顶部+底部+ 其它
选取塔板间距 HT ： 塔板间距和塔径的经验关系
化工原理课程设计 (2)(2013)
6、塔板负荷性能图；
7、辅助设备计算与选型（泵、再沸器及冷 凝器） 8、筛板塔的工艺设计计算结果总表 ； 9、筛板塔接管尺寸一览表 10、设计讨论 11、参考文献 12、附属图纸（理论板图解图、塔板负荷 性能图、塔板结构示意图及工艺流程图）
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四、精馏塔工艺设计
计算前先查出物性数据。
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4、塔板工艺尺寸计算
安定区
开孔区
受 液 区
降 液 管
溢流堰
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（1）溢流装置的设计
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液相负荷、塔径与液流型式的关系
液体流量L，m3/h 塔径D，mm U形流 单溢流 双溢流
1000 1400 2000 3000 4000 5000
7以下 9以下 11以下 11以下 11以下 11以下
45以下 70以下 90以下 110以下 110以下 110以下
90～160 110～200 110～230 110～250
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1) 出口堰（溢流堰）
(0.6 ~ 0.8) D
堰长
，单溢流
lW
(0.5 ~ 0.6) D
，双溢流
塔径标准化以后，应重新验算液沫夹带量，必要时在此先进 行塔径的调整，然后再决定塔板结构的参数，并进行其它各 项计算。
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塔有效高度：
H HD ( N p 2 S ) HT S H HF HB
' T
式中 HD——塔顶空间，m；
HB——塔底空间，m；
HT——塔板间距，m； HT’——开有人孔的塔板间距，m； HF——进料段高度，m； Np——实际塔板数； S——人孔数目（不包括塔顶空间和塔底空间的人孔）。
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目 录第1章 绪 论 .................................................................................................................. 4 1.1 课程设计的目的 ................................................................................................... 4 1.2 课程设计的要求 ................................................................................................... 4 1.3 课程设计的内容 ................................................................................................... 4 1.4 课程设计的步骤 ................................................................................................... 4 第2章 塔体的机械计算 ................................................................................................ 6 2.1 按计算压力计算塔体和封头厚度 ....................................................................... 6 2.1.1 塔体厚度的计算 ............................................................................................ 6 2.1.2 封头厚度计算 ................................................................................................ 6 2.2 塔设备质量载荷计算 ........................................................................................... 6 2.2.1 筒体圆筒、封头、裙座质量 m 01 ................................................................. 6 2.2.2 塔内构件质量 m 02 ......................................................................................... 7 2.2.3 保温层质量 m 03 ............................................................................................. 7 2.2.5 操作时物料质量 ............................................................................................ 7 2.2.6 附件质量 a m ............................................................................................... 8 2.2.7 充水质量w m .................................................................................................. 8 2.2.8 各种载荷质量汇总 ...................................................................................... 8 2.3 风载荷与风弯矩的计算 ....................................................................................... 9 2.3.1 风载荷计算 .................................................................................................... 9 2.3.2 风弯矩的计算 .............................................................................................. 10 2.4 地震弯矩计算 ..................................................................................................... 11 2.5 偏心弯矩的计算 ................................................................................................. 12 偏心弯矩 mm N ge m M e e ⋅⨯=⨯⨯==81057.1200081.98000 ............................ 12 2.6 各种载荷引起的轴向应力 ................................................................................. 12 2.6.1 计算压力引起的轴向应力 .......................................................................... 12 2.6.2 操作质量引起的轴向压应力2δ .................................................................. 12 2.6.3 最大弯矩引起的轴向应力3δ ...................................................................... 13 2.7 塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核 ......................................................... 14 2.7.1 截面的最大组合轴向拉应力校核 .............................................................. 14 2.7.2 塔体与裙座的稳定性校核 .. (14)2.8 塔体水压试验和吊装时代应力校核 ................................................................. 16 2.8.1 水压试验时各种载荷引起的应力 .............................................................. 16 2.8.2 水压试验时应力校核 .................................................................................. 17 2.9 基础环设计 ......................................................................................................... 18 2.9.1 基础环尺寸 .................................................................................................. 18 2.9.2 基础环的应力校核 ...................................................................................... 18 2.9.3 基础环的厚度 .............................................................................................. 18 2.10 地脚螺栓计算 ................................................................................................... 19 2.10.1地脚螺栓承受的最大拉应力 ..................................................................... 19 2.10.2 地脚螺栓的螺纹小径 ................................................................................ 20 第3章 塔结构设计 .................................................................................................... 21 3.1 塔盘结构 ............................................................................................................. 21 选用分块式浮阀塔塔盘 ............................................................................................ 21 3.2塔盘的支承 .......................................................................................................... 21 采用支撑梁结构支持圈 ............................................................................................ 21 参考文献 .................................................................................................................... 21 [1] 刁玉玮, 王立业, 喻健良. 化工设备机械基础(第六版)[M]. 大连理工大学 , 2006, 12. ......................................................................................................................... 21 [2] 蔡纪宁, 张秋翔, 化工机械基础课程设计指导书. [M]. 化学工业出版社, 2010, 8. ........................................................................................................................... 21 自 我 总 结 .................................................................................................................. 21 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关化工机械设备方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。