板式塔设计计算说明书
板式塔设计计算说明书(总19页)
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一、设计任务
1. 结构设计任务
完成各板式塔的总体结构设计，绘图工作量折合A1图共计4张左右，具体包括以下内容：
⑴各塔总图1张A0或A0加长； ⑵各塔塔盘装配及零部件图2张A1。 2. 设计计算内容
完成各板式塔设计计算说明书，主要包括各塔主要受压元件的壁厚计算及相应的强度校核、稳定性校核等内容。
二、设计条件
1. 塔体内径mm 2000=i D ，塔高m 299.59H i =；
2.设计压力p c =MPa ，设计温度为=t 90C ︒；
3. 设置地区：山东省东营市，基本风压值q 0=480Pa ，地震设防烈度8度，场地土类别III 类，地面粗糙度是B 类；
4. 塔内装有N=94层浮阀塔盘；开有人孔12个，在人孔处安装半圆形平台12个，平台宽度B=900mm ，高度为1200mm ；
5. 塔外保温层厚度为δs =100mm ，保温层密度ρ2=3503m /kg ；
三、设备强度及稳定性校核计算
1. 选材说明
已知东营的基本风压值q 0=480Pa ，地震设防烈度8度，场地土类别III 类；塔壳与裙座对接；塔内装有N=94层浮阀塔盘；塔外保温层厚度为δ
s
=100mm ，保温层密度ρ2=3503m /kg ；塔体开有人孔12个，在人孔处安装
半圆形平台12个，平台宽度B=900mm ，高度为1200mm ；设计压力 p c =MPa ，设计温度为=t 90C ︒；壳
3mm ，裙座厚度附加
量2mm ；焊接接头系数取为；塔内径mm 2000=i D 。通过上述工艺条件和经验，塔壳和封头材料选用Q345R 。对该塔进行强度和稳定计算。
1
2. 主要受压元件壁厚计算
本部分应包括常压塔的主要筒体及椭圆封头等重要受压元件的壁厚计算，裙座厚度先按经验值取。l
塔壳和封头材料选用Q345R[MPa 185][,325)(t .20p eL ==σR R (16<≤δ36)] 直径mm 2000=i D 段圆筒及封头： 圆筒：15.12mm 36.285.018522000
36.2][2c
i c =-⨯⨯⨯=-=p D p t
φσδ 封头：mm 06.1536.25.085.018521200036.25.0][2c
i c h =⨯-⨯⨯⨯⨯=-=
p K D p t
φσδ 经圆整后，塔壳厚度取为22mm ，封头厚度取为24mm ，裙座壳厚度取为18mm 。
3. 原油分馏塔质量载荷的计算
质量载荷包括：塔体、裙座质量01m ；塔内件如塔盘的质量02m ；保温材料的质量03m ；操作平台及扶梯的质量04m ；操作时物料的质量05m ；塔附件如人孔、接管、法兰等质量a m ；水压试验时充水的质量w m 。 塔体、裙座质量01m =
7850299.59)2044.2(4
14
.322⨯⨯-⨯=kg 附属件质量a m =01m =kg 则01m +a m =+=kg 塔内件质量02m =kg 2213775940.24
2
=⨯⨯⨯π
保温层质量03m =
725.50350)044.2244.2(4
22⨯⨯-⨯π
=kg
操作平台及扶梯的质量
04m =
2
1
12150)244.2044.4(4
22⨯
⨯⨯-⨯π
+299.5940⨯ =kg
操作时物料的质量05m =94050.00.24
3972⨯⨯⨯⨯
π
=kg
2
水压试验时充水的质量
w m =69.161608)1257.12725.500.24
(
10002=⨯+⨯⨯⨯π
kg
塔设备在正常操作时的质量0m =01m +02m +03m +04m +05m +a m
=kg
塔设备在水压试验时的最大质量max m =01m +02m +03m +04m +w m +a m
=kg
塔设备在停工检修时的质量min m =01m +022.0m +03m +04m +a m
=kg
将塔高分成9段，每段的质量列于表1中。
表1 kg
【注】塔内构件浮阀塔盘的质量每m 2质量为75kg 计算
平台质量按每m 2为150kg 计算 笼式扶梯质量按每m 为40kg 计算 4. 分段相关参数说明
将塔沿高度分成9段，在裙座开孔处及裙座和筒体连接处作为分段点，筒体以上每10m 平均分段。具体参数见下图1所示。
3
图1
5. 风载荷与风弯矩的计算
因1529/>=D H 而且高度H >30m ,因此要同时计算顺风向和横风向载荷。
（1）顺风向水平风力计算
塔设备第一自振周期EI
mH T 4
19.71=)(6479.14
4030i D D E H m -=π s 539.2)
2044.2(14.310101.9159.29919.3160516479.14
4653
=-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯
= 塔设备第二自振周期EI mH T 4
2285.0=)(64285.04
4030i
D D
E H m -=π
4
s 404.0)
2044.2(14.310101.9159.29919.31605164285.04
4653
=-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯
=
塔设备第三自振周期EI
mH T 4
3102.0=)(64102.044
030i D D E H m -=π s 145.0)
2044.2(14.310101.9159.29919.31605164102.04
4653
=-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯= 因地面粗糙度是B 类，基本风压01q q =
塔设备中第i 计算段所受的水平风力按下式计算：
ei i i i i D l q f K K P 021=
式中各参数按线性插值由标准查得，计算结果列于表2
表2
(2)顺风向弯矩计算 0-0截面风弯矩:
2
(
.....)2
(
)2
(
2
4
56789
9123
312
21
1
00l l l l l l P l l l P l l P l P M w ++++++++++++=- =N.mm 10100.69⨯ I-I 截面风弯矩：
5
)2
(.....)2(223456789923322
l l l l l l l l
P l l P l P M W +++++++++++=I -I =N.mm 10964.59⨯ II-II 截面风弯矩：
)
7800176602
(
.....
)7800176602/5(5)27800
17660(
56789
94-+++++++-++-=II -II l l l l l P l P P M W =
N.mm 10806.49⨯
III-III 截面风弯矩:
)
8500176002
(
.....)8500176602(285001766056789
9554
-+++++++
-++-=III -III l l l l l P l
P P M W =N.mm 10700.49⨯ （3）横风向振幅计算 临界风速计算：t
a
c S T D v 11=2.0539.2244.2⨯=
s /m 42.4= t
a
c S T D v 22=
2.0404.0244.2⨯=
s /m 77.27= 共振判别：设计风速
0265.1q f v v t H ==48077.1265.1⨯⨯=s /m 87.36=
因为12c c v v v >>，故应同时考虑第一振型和第二振型的振动。 横风塔顶振幅：
雷诺数vDa 69Re =224487.3669⨯⨯=561041071.5⨯>⨯=时，
2.0=L C
当α1
11)(/H
c c v v
H H =0)87.3642.4(16.01
≈=时，56.11=λ
阻尼比取为01.0=ζ
6
截面惯性矩)(64
440i D D I -=
π
41044mm 1014.7)20002044(64
14
.3⨯=-⨯=
横风塔顶振幅9
1142
11104.49-⨯=I
E H v D C Y t
c a L T ζλρ 910
542101014.71091.101.04.4956.15929942.425.122442.0-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯= m 0319.0=
（4）横风向弯矩计算
共振时临界风速风压作用下的顺风向风力列于表3中
表3
顺风向弯矩： 0-0截面风弯矩:
)2
(.....)2()2(21234567899123312211
0l l l l l l l l l
P l l l P l l P l P M cw +++++++++++++++=- =N.mm 10281.18⨯ I-I 截面风弯矩：
7
)2
(.....)2(223456789923322
l l l l l l l l
P l l P l P M cw +++++++++++=I -I =N.mm 10252.18⨯ II-II 截面风弯矩：
)
7800176602
(
.....
)7800176602(27800176604
56789
955-+++++++-++-=II
-II l l l l l P l
P P M cw =N.mm 10002.18⨯
III-III 截面风弯矩:
)
8500176602
(
.....
)8500176602(285001766056789
9554
-+++++++-++-=III
-III l l l l l P l
P P M cw =N.mm 10980.08⨯
横风向弯矩： 0-0截面：
19
1
12
10
0)2(k k k k T ca
h m Y T M
φπ∑=-=9210763.20319.0)539.214.32(
⨯⨯⨯⨯= N.mm 10398.58⨯=
I-I 截面：
19
2
12
1)800()2(k k k k T ca
h m Y T M
φπ-=∑=I
-I 9210710.20319.0)539.214.32(
⨯⨯⨯⨯= N.mm 10294.58⨯=
II-II 截面: 19
4
12
1
)7800()2(
k k k k T ca
h m Y T M φπ
-=∑=II
-II
92
10242.20319.0)539
.214.32(
⨯⨯⨯⨯=
=
III-III 截面: 19
4
12
1
)8500()2(
k k k k T ca
h m Y T M φπ
-=∑=III
-III
8
92
10195.20319.0)539
.214.32(
⨯⨯⨯⨯=N.mm 10288.48⨯=
组合风弯矩: 0-0截面：N.mm
10548.5)()(N.mm
10100.68
2
002
009000
0⨯=+⨯==
----cw ca W ew
M M M M
N.mm 10100.69⨯=
I-I 截面：N.mm
10440.5)()(N.mm
10964.58
2
2
9⨯=+⨯==
I -I I -I I -I I
-I cw ca W ew
M M M M
N.mm 10964.59⨯=
II-II 截面：N.mm
10493.4)()(N.mm
10806.48
2
2
9⨯=+⨯==
II -II II -II II -II II
-II cw ca W ew
M M M M
N.mm 10806.49⨯=
III-III 截面：N.mm
10399.4)()(N.mm
10700.48
2
2
9⨯=+⨯==
III -III III -III III -III III
-III cw
ca
W ew
M M M M
N.mm 10700.49⨯=
6. 地震弯矩计算
地震设防烈度8度，取16.0max =α； 因场地土类别III 类，则特性周期s 55.0=g T 阻尼比取为01.0=ξ 阻尼调整系数ξ
ξ
η7.106.005.012+-+=519.1=
衰减指数ξ
ξ
γ+-+=5.005.09.0=
地震影响系数max 21
1)(
αηαγT T g =0544.016.0519.1)539
.255.0(
978
.0=⨯⨯=
则0-0截面的地震弯矩：
gH m mgH M E 012100135163516αα==
-=592999.8 19.1316050544.035
16
⨯⨯⨯⨯ N.mm 10902.19⨯=
I-I 截面的地震弯矩:
)41410(17585.35.25.35
.111I I I -I +-=
h H h H H
mg M E αN.mm 10866.19
⨯= II-II 截面的地震弯矩:
)41410(17585.35
.25.35
.111
II II II -II +-=h H h H H
mg M E αN.mm 10552.19⨯= III-III 截面的地震弯矩:
)41410(17585.35
.25.35
.111
III III III -III +-=h H h H H
mg M E αN.mm 10521.19⨯= 以上计算是按塔设备基本振型的结果，此塔1530/>=D H 且高度大于20m ，故还必须考虑高振型的影响。采用一种简化的近似算法，则各截面的地震弯矩为:
01005.21--=E E M M N.mm 10378.29⨯= I
-I I -I =15.21E E M M N.mm 10333.29⨯=
II
-II II -II =15.21E E M M N.mm 1094.19⨯= III
-III III -III =1
5.21E E M M N.mm 10901.19⨯= 7. 各种载荷引起的轴向应力的计算 （1）最大弯矩
因塔体顶只悬有吊住，故可以忽略偏心弯矩e M 。
确定最大弯矩时，偏保守的假设风弯矩、地震弯矩和偏心弯矩同时出现，且出现在塔设备的同一方向。但考虑到最大风速和最高地震级别同时出现的可能性很小，在正常或停工检修时，取计算截面的最大弯矩为 0-0截面：
N.mm 10100.6N.mm
10903.325.0N.mm 10100.699
000090
000max
⨯=⎩⎨⎧⨯=+⨯==----ew E ew M M M M
(风弯矩控制) I-I 截面：
N.mm 10964.5N.mm
10824.325.0N.mm 10964.599
9max
⨯=⎩⎨⎧⨯=+⨯==I -I I -I I
-I I -I ew E ew M M M M
(风弯矩控制)
II-II 截面：
N.mm 10806.4N.mm 10142.325.0N.mm 10806.499
9max
⨯=⎩⎨⎧⨯=+⨯==II -II II -II II
-II II
-II ew E
ew M M M M
(风弯矩控制)
III-III 截面：
N.mm 10700.4N.mm 10076.325.0N.mm 10700.499
9max
⨯=⎩⎨⎧⨯=+⨯==III -III III -III III
-III III
-III ew E
ew M M M M
(风弯矩控制)
水压试验时，由于试验日期可以选择且持续时间较短，取最大弯矩为
N.mm 1083.13.0900⨯==-Mew M N.mm 10789.13.09⨯==-Mew M I I
N.mm 10442.13.09⨯==-Mew M II II
N.mm 10410.13.09⨯==-Mew M III III
（2）圆筒的强度及稳定性校核
计算II-II 的轴向应力并进行校核，将结果写入表4中 筒体的有效厚度mm 19322=-=ei δ
II-II 截面：00179.0094.0==i
ei
R A δ，查《过程设备设计》图4-8得
B=150MPa 。
8.裙座危险截面的强度与稳定校核
裙座筒体受到重量和各种弯矩的作用，但不承受压力。重量和弯矩在裙座底部截面处最大，因而裙座底部截面是危险截面。此外，裙座上的检查孔或人孔、管线引出口有承载削弱作用，这些孔中心横截面处也是裙座筒体的危险截面。裙座筒体不受压力作用，轴向组合拉伸应力总是小于轴向组合压缩应力。因此，只需校核危险截面的最大轴向压缩应力。 （1）0-0截面
裙座按圆锥形裙座进行验算 圆锥半顶角 50.432
14078002000-32005.0arctan
=--⨯=）
（β
00179.0094
.0==i
ei
R A δ，查《过程设备设计》图4-8得B=150MPa 。
则⎩
⎨⎧===MPa 222][MPa 89.178cos ][2t
cr
K KB σβσ，取MPa 89.178][=cr σ 液压许用应力⎩
⎨⎧===MPa 3519.0MPa
89.178cos ][2eL T KR KB βσ ,取MPa 89.178][=T σ 重力引起的轴向应力
MPa 02.86
120033.149.819.31605100-000-02
=⨯⨯⨯===ei i D g m A g m δπσ
，
max M 引起的轴向应力
MPa 40.47016
.02.314.3410100.642
6ei 2i 0-0max 0-0max 0-03
=⨯⨯⨯⨯===δπσ
D M W M ， 组合压应力
MPa
89.178][MPa 59.555
.4cos 42
.55cos 1)
（0
-030-020-0c =<==+=cr σβσσσ 液压力
MPa
89.178][MPa 81.735
.4cos 58
.73cos 1
)
16320014.348.998.28735116320014.310100.63.0（cos 1
)3.0（
29max 0
00
-0T
=<==
⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=+
=-T ew
A g m W
M σββ
σ
(2)I-I 截面
00179.0094
.0==i
ei
R A δ，查《过程设备设计》图4-8得B=150MPa 。
裙座出入口：mm 230m =l ；mm 450=m b ；mm 18m =δ；mm 14.3074im =D
kg 7.1304760=I -I m
[]∑-+-=m m m es im sm )2(A b D A es δδδπ
[]
18230216)182450(21614.307414.3⨯⨯-⨯⨯+⨯-⨯⨯=2mm 79.155452=
2
m 2im m es m 2
(22））（
b D l W -=δ3722mm 10119.122507.1537230162⨯=-⨯⨯⨯=
∑--=
）
（m es
im
m es 2
im sm 2
4
W D b D W δδπ
3872mm 10190.1)10119.12
16
14.3074450（21614.30744
⨯=⨯-⨯
⨯⨯-⨯⨯=
π
重力引起的轴向应力MPa 23.879.1554529.8130476.7sm 02
=⨯==I -I I -I A g m σ
，
max M 引起的轴向应力MPa 12.5010
190.110964.58
9sm max 3
=⨯⨯==I -I I
-I W M σ， 组合压应力
MPa
89.178][MPa 53.585
.4cos 35
.58cos 1)
（32c =<==+=I
-I I -I I -I cr σβσσσ 液压力
MPa
89.178][MPa 18.335
.4cos 08
.33cos 1)
79.1554528.949.28622310190.110964.53.0（cos 1)3.0（
8
9max T
=<==
⨯+⨯⨯⨯=+=I -I I
-I I
-I T sm sm
ew
A g m W M σββσ
9. 塔体水压试验时的应力校核( 校核II-II 截面) 耐压试验压力[][]
MPa 95.2185/18536.225.125.1=⨯⨯==t
T p
p σσ
由试验压力引起的周向应力σ：
MPa
13.20885
.0192)
192000)(505.095.2(2）（)液注静压力(ei ei i =⨯⨯++=++=
φδδσD p T T 由试验压力引起的轴向应力1σ： MPa 37.7819
4)192000(95.24)(ei i 1=⨯+⨯=+=
δδσD p T ，
液压实验时重力引起的轴向应力2σ：
MPa 59.2319
200014.38
.998.287351ei 2=⨯⨯⨯==II -II δπσi T D g m ，
由风弯矩引起的轴向应力3σ： MPa 15.24)
3.0(4ei
2
3=+=
II -II δπσi e ew
D M M ，
III-III 截面：00179.0094.0==i
ei
R A δ，查《过程设备设计》图4-8得
B=150MPa 校核：
⎪⎪
⎩⎪⎪⎨⎧=<=+-⎩⎨⎧==<=+=<=MPa 35.2989.093.78MPa 1809.0][74.47MPa 63.2489.013.20832132φσσσσσσφσeL eL cr
eL KR KR KB R 校核通过。 10. 基础环设计
基础环内径mm 3000=ib D 基础环外径mm 3540=ob D
ob
ib ob b D D D Z 32)
(4
4-=
π3944mm 10109.23540
32)
30003540(⨯=⨯-=
π
4
)
(22ib ob b D D A -=
π2622mm 10774.24
）
30003540（14.3⨯=-⨯=
⎪⎪⎩
⎪
⎪⎨⎧=⨯⨯+⨯⨯⨯=+=⨯⨯+⨯⨯=+=--MPa 88.110774.28.9287351.9810109.210100.63.03.0MPa 36.310774.28
.919.131********.210100.6699
max 006
9900
0max max
b b ew b b b A g m Z M A g m Z M σ
取MPa 36.3bmax =σ
因927.0)44120/(152/=+=l b ，查JB4710-2005《钢制塔式压力容器》表8-7
13552.0-=x C ，0899.0=y C ，则
34.1052015236.313552.022max -=⨯⨯-==b C M b x x σN.mm
31.812416436.30899.022max =⨯⨯==l C M b y y σN.mm
因为y x M M >，则S M =x M =N.mm 则基础环厚度（[]MPa 185=b σ）为：
[]mm 47.18185/34.105206/6S b =⨯=
=
b M σδ，取mm 32=b δ
【注】基础选用100＃混凝土，其许用应力R a = 11. 地脚螺栓计算 地脚螺栓材料选用Q345
地脚螺栓承受的最大拉应力B σ按下式计算：
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧=⨯⨯-⨯⨯=-+=⨯⨯-⨯⨯=-=---MPa 39.110774.29.891.131********.210903.325.0MPa 51.210774.29.8
108033.6910109.210100.669900
00
06
99min 0
0b b ew E
b b ew B
A g m Z M M A g m Z M σ
故取MPa 51.2=B σ 初选地脚螺栓个数是36
地脚螺栓的小径1d （[]MPa 170=bt σ）为：
mm C n A d bt
b
B 06.413170
3614.310774.251.24][46
21=+⨯⨯⨯⨯⨯=
+=
σπσ
取地脚螺栓是M56 , 36个。
12. 裙座与塔壳连接焊缝验算（对接焊缝）
N.mm 10806.49max J -J max ⨯==II -II M M ;kg 35.1208270J -J 0==II -II m m
mm 2000i it ==D D ;mm 116es =δ;[]MPa 2.1331852.16.06.0=⨯⨯=t
w K σ
es it es it D g m D M δπδπJ
-J 02J -J max 4-MPa 83.8316200014.38.935.12082716
200014.310806.442
9=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=[]t
w K σ6.0<
验算合格。
四、典型零部件计算
主要是开孔补强的计算内容 （1）补强及补强方法判别
①补强判别 根据《过程设备设计》表4-15，允许不另行补强的最大接管外径为mm 89Φ。塔器上开孔大小不一，现以人孔为例进行计算。开孔直径是mm 500φ，查HG21521-2005表3-1、3-2知，所用接管规格为
14530⨯φ，且材料为Q345R ，其中厚度附加量取mm 2。 ②补强计算方法判别
开孔直径 mm 506225022=⨯+=+=C d d i
筒体开孔直径mm 10002/mm 506=
mm 12.1536.285.018522000
36.2][2c
i c =-⨯⨯⨯=-=
p D p t
φσδ ②开孔所需补强面积
强度削弱系数1=r f ，
接管有效厚度为mm 12214=-=-=C nt et δδ
开孔所需补强面积：2mm 72.765012.15506=⨯==δd A （3）有效补强范围 ①有效宽度B
取大值⎭
⎬⎫
=⨯+⨯+=++==⨯==mm 57814222250622mm 101250622nt n d B d B δδ
故mm 1012=B
②有效高度 外侧有效高度1h
取小值⎪⎭
⎪
⎬⎫==⨯==mm 233mm 17.845061411h d h nt δ 故mm 17.841=h 。
内侧有效高度2h
取小值⎪⎭
⎪⎬⎫==⨯==mm 0mm 17.845061422h d h nt δ
故02=h 。 （4）有效补强面积 ①壳体多余金属面积
壳体有效厚度 mm 19322=-=-=C n e δδ 壳体多余金属面积1A
()()()()21mm 28.196312.151********-=-⨯-=-=δδe d B A ②接管多余金属面积
接管计算厚度 []mm 80.336
.285.01852502
36.22t =-⨯⨯⨯=
-=
c
t
n i
c p
d p φσδ
接管多余金属面积2A
()()212mm 39.1380180.31217.8422=⨯-⨯⨯=-=r t et f h A δδ ③接管区焊缝面积(焊脚取mm 0.6)
23mm 0.360.60.62
1
2=⨯⨯⨯=A
④有效补强面积
2321e mm 67.33793639.138028.1963=++=++=A A A A
（5）所需另行补强面积
()23214mm 05.427167.337972.7650=-=++-=A A A A A 采用补强圈补强。 （6）补强圈设计
根据公称直径500DN 选补强圈，参照补强圈标注JB/T4736取补强圈外径mm 840'=D ，内径mm 540'=d 。因'D B >,补强圈在有效补强范围内。 补强圈厚度为 mm 24.14540
84005
.4271'
'4'=-=
-=
d D A δ
考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度为mm 18。但为了便于制造时准备材料，补强圈名义厚度取为筒体的厚度，即mm 22'=δ。
五、结论
设备计算结果总结
通过以上计算，可知：
（1）各壁厚名义厚度筒体取mm 22，封头取mm 24，裙座厚度取
8mm 1。
（2）取36个M56的地脚螺栓。
（3）基础环外径mm D ob 3540=，内径mm D ib 3000=，厚度mm b 32=δ。 （4）人孔采用补强圈补强，厚度为mm 22'=δ。
经过各危险截面的强度及稳定性校核，各种材料及所选参数均达到要求，故所设计的精丙烯塔符合要求。
六、参考文献
塔设备计算实例讲解
《化工设备设计基础》 课程设计计算说明书 学生姓名：学号： 所在学院： 专业： 设计题目： 指导教师： 2006 年月日
目录 一.设计任务书 (2) 二.设计参数与结构简图 (4) 三.设备的总体设计及结构设计 (5) 四.强度计算 (7) 五.设计小结 (13) 六.参考文献 (14)
一、设计任务书 1、设计题目 根据《化工原理》课程设计工艺计算内容进行填料塔（板式塔）设计。各个同学按照自己的工艺参数确定设计题目：填料塔（板式塔）DNXXX设计。 设计题目： 例：精馏塔（DN1800）设计 2、设计任务书 2.1设备的总体设计与结构设计 （1）根据《化工原理》课程设计，确定塔设备的型式(填料塔、板式塔)； （2）根据化工工艺计算，确定塔板数目(或填料高度)； （3）根据介质的不同，拟定管口方位； （4）结构设计，确定材料。 2.2设备的机械强度设计计算 （1）确定塔体、封头的强度计算。 （2）各种开孔接管结构的设计，开孔补强的验算。 （3）设备法兰的型式及尺寸选用；管法兰的选型。 （4）裙式支座的设计验算。 （5）水压试验应力校核。 2.3完成塔设备装配图 （1）完成塔设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。 （2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。 3、原始资料 3.1《化工原理》课程设计塔工艺计算数据。 3.2参考资料： [1] 董大勤.化工设备机械基础[M].北京：化学工业出版社，2003.
[2] 全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S]． [3] GB150-1998.钢制压力容器[S]． [4] 郑晓梅.化工工程制图化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002. [5] JB/T4710-2005.钢制塔式容器[S]． 4、文献查阅要求 设计说明书中公式、内容等应明确文献出处;装配图上应写明引用标准号。5、设计成果 1、提交设计说明书一份。 2、提交塔设备(填料塔、板式塔)装配图一张(A1)。
板式塔
板式塔主要类型的结构和特点 工业上常用的板式塔有： 泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流栅孔板塔 浮阀塔具有的优点： 生产能力大，塔板效率高，操作弹性大，结构简单，安装方便。 二、板式塔的流体力学特性 1、塔内气、液两相的流动 A 使气液两相在塔板上进行充分接触以增强传质效果 B 使气液两相在塔内保持逆流，并在塔板上使气液量相保持均匀的错流接触，以获得较大的传质推动力。 2、气泡夹带： 液体在下降过程中，有一部分该层板上面的气体被带到下层板上去，这种现象称为气泡夹带。 3、液（雾）沫夹带： 气体离开液层时带上一些小液滴，其中一部分可能随气流进入上一层塔板，这种现象称为液（雾）沫夹带。 4、液面落差 液体从降液管流出的横跨塔板流动时，必须克服阻力，故进口一侧的液面将比出口这一侧的高。此高度差称为液面落差。 液面落差过大，可使气体向上流动不均，板效率下降。 5、气体通过塔板的压力降 压力降的影响： A 气体通过塔板的压力降直接影响到塔低的操作压力，故此压力降数据是决定蒸馏塔塔底温度的主要依据。 B 压力降过大，会使塔的操作压力改变很大。 C 压力降过大，对塔内气液两相的正常流动有影响。
压力降：ΔP P =ΔP C +ΔP L +ΔP δ 塔板本身的干板阻力ΔP C 板上充气液层的静压力ΔP L 液体的表面张力ΔP δ 折合成塔内液体的液柱高度M，则 ΔP P/ρL g=ΔP C/ρL g +ΔP L /ρL g +ΔPδ/ρL g 即h p =h c +h L +h δ 浮阀塔的压力降一般比泡罩塔板的小，比筛板塔的大。在正常操作情况，塔板的压力降以290—490 N/m2 .在减压塔中为了减少塔的真空度损失，一般约为98—245Pa 通常应在保证较高塔板效率的前提下，力求减少塔板压力降，以降低能耗及改善塔的操作性能。 6、液泛（淹塔） 汽液量相中之一的流量增大到某一数值，上、下两层板间的压力降便会增大到使降液管内的液体不能畅顺地下流。当降液管内的液体满到上一层塔板溢流堰顶之后，便漫但上层塔板上去，这种现象，称为液泛（淹塔） 如气速过大，便有大量液滴从泡沫层中喷出，被气体带到上一层塔板，或有大量泡沫生成。 如当液体流量过大时，降液管的截面便不足以使液体及时通过，于是管内液面即行升高。 上述两种情况导致液泛的情况中，比较常遇到的气体流量过大，故设计时均先以不发生过量液沫夹带为原则，定出气速的上限，在此限度内再选定一个合理的操作气速。 当气速增大到液滴所受阻力恰等于其净重时，液滴便在上升气流中处于稳定的悬浮状态。 因为d、ζ不易准确求得，
塔设备机械设计说明
第一章绪论 1.1塔设备概述 塔设备是石油、化工、轻工等各工业生产中仅次与换热设备的常见设备。在上述各工业生产过程中，常常需要将原料中间产物或粗产品中的各个组成部分（称为组分）分离出来作为产品或作为进一步生产的精制原料，如石油的分离、粗酒精的提纯等。这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程，有时还伴有传热和化学反应过程。传质过程是化学工程中一个重要的基本过程，通常采用蒸馏、吸收、萃取。以及吸附、离子交换、干燥等方法。相对应的设备又可称为蒸馏塔、吸收塔、萃取塔等。 在塔设备中所进行的工艺过程虽然各不相同，但从传质的必要条件看，都要求在塔内有足够的时间和足够的空间进行接触，同时为提高传质效果，必须使物料的接触尽可能的密切，接触面积尽可能大。为此常在塔内设置各种结构形式的内件，以把气体和液体物料分散成许多细小的气泡和液滴。根据塔内的内件的不同，可将塔设备分为填料塔和板式塔。 在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。 不论是填料塔还是板式塔，从设备设计角度看，其基本结构可以概括为： （1）塔体，包括圆筒、端盖和联接法兰等； （2）内件，指塔盘或填料及其支承装置； （3）支座，一般为裙式支座； （4）附件，包括人孔、进出料接管、各类仪表接管、液
体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、平台、保温层等。 塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒及上、下椭圆形封头所组成。随着装置的大型化，为了节省材料，也有用不等直径、不等壁厚的塔体。塔体除应满足工艺条件下的强度要求外，还应校核风力、地震、偏心等载荷作用下的强度和刚度，以及水压试验、吊装、运输、开停车情况下的强度和刚度。另外对塔体安装的不垂直度和弯曲度也有一定的要求。 支座是塔体的支承并与基础连接的部分，一般采用裙座。其高度视附属设备（如再沸器、泵等）及管道布置而定。它承受各种情况下的全塔重量，以及风力、地震等载荷，因此，应有足够的强度和刚度。 塔设备强度计算的主要的内容是塔体和支座的强度和刚度计算。 化工生产对塔设备的基本要求 塔设备设计除应满足工艺要求外，尚需考虑下列基本要求：（1）气、液处理量大，接触充分，效率高，流体流动阻力小。 （2）操作弹性大，即当塔的负荷变动大时，塔的操作仍然稳定，效率变化不大，且塔设备能长期稳定运行。 （3）结构简单可靠，制造安装容易，成本低。 （4）不易堵塞，易于操作、调试及检修。 1.2板式塔 板式塔具有物料处理量大，重量轻，清理检修方便，操作稳定性好等优点，且便于满足工艺上的特殊要求，如中间加热或或冷却、多段取出不同馏分、“液化气”较大等。但板式塔的结构复杂，成本较高。由于板式塔良好的操作的性能和成熟的使用经验，目前在化工生产的塔设备中，占有很大比例，广泛用于蒸馏、吸收等传质过程。 板式塔内部装有塔盘，塔体上有进料口、产品抽出口以及回流口等。此外，还有很多附属装置，如除沫器、入手孔、支座、
浮阀(F1)塔的设计计算
浮阀（F1）塔的设计计算 板式塔设计中，一般按防止出现过量雾沫夹带液泛的原则，首先确定液泛气速，然后根据它选取一适宜的设计气速来计算所需的塔径。关于液泛气速这一极限值，理论上由悬浮于气流中的液滴的受力平衡关系导出如下：()2 4 6 223f v p V L p u d g d ρπ ξρρπ=- 式中：f u --液泛气速，m/s ； p d --液滴直径，m ； l v ρρ、 --气、液相密度，kg/m 3 ξ ---阻力系数 得： v v l p f g d u ρξρρ.3) (4-= 但实际上，气液两相在塔板接触所形成的液滴直径、阻力系数均 为未知，所以又将这些难以确定的变量和常数合并，使上式变为： V V L f c u ρρρ-= m/s 对于筛板塔、浮阀塔、及泡罩塔，式中的C 值可从Smith 图查得。此图是按液体表面张力20=σN/m 时的经验数据绘出的，若塔内液体表面张力为其他数值时，应在图上查出的C 值后，按下式进行校正： 2.020)20 (σ σ=C C C 20---表面张力为20mN/m 时的C 值，从Smith 图查得； σC --表面张力为σ时的C 值； σ --物系的表面张力，mN/m 。 求出U f 后，按u=(0.6～0.8)U f 确定设计的空塔气速。按下式求出塔径：u V D S π4= Vs —设计条件下的气相流量； D---塔径 u---空塔气速，m/s 。 浮阀塔的设计、计算是在半个多世纪大量的实验、工业化应用总结的基础上形成的标准化设计。 1、对于浮阀塔，根据四十多种物系在不同操作条件下的工业实验结果，得出阀孔动能因子F 0与操作状况的关系如下：
化工原理课程设计说明书-板式精馏塔设计
前言 化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的分离四氯化碳和二硫化碳混合物精馏塔。 板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，板式精馏塔具有下列优点：生产能力（2 0%——40%）塔板效率（10%——50%）而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装，维修都较容易。 化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。 在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。 本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。 【精馏塔设计任务书】 一设计题目 精馏塔及其主要附属设备设计 二工艺条件
(完整word)板式塔设计原理
对于每个塔板结构参数已设计好的塔,处理固定的物系时，要维持其正常操作,必须把气、液负荷限制在一定范围内。通常在直角坐标系中,标绘各种极限条件下的V-L关系曲线，从而得到塔板适宜的气、液流量范围图形，该图形称为塔板的负荷性能图，如图1—23所示,一般由下列五条曲线组成。 ⑴ 漏液线 线1为漏液线，又称为气相负荷下限线。气相负荷低于此线将发生严重的漏液现象，气、液不能充分接触，使塔板效率下降。筛板塔的漏液线由式（1—47）或式（1-48）作出，浮阀塔的漏液线由式(1-49）作出. ⑵ 雾沫夹带线 线2为雾沫夹带线。当气相负荷超过此线时，雾沫夹带量过大，使塔板效率大为降低。对于精馏，一般控制eV≤0.1kg液/kg气。筛板的雾沫夹带线按式（1—50）作出。浮阀塔的雾沫夹带线按式（1—51）或式(1-52)作出。 ⑶ 液相负荷下限线 线3为液相负荷下限线.液相负荷低于此线，就不能保证塔板上液流的均匀分布，将导致塔板效率下降.一般取how=6mm作为下限，按式（1—33）～式（1—37）中一式作出液相负荷下限线。 ⑷ 液相负荷上限线 线4为液相负荷上限线，该线又称降液管超负荷线。液体流量超过此线,表明液体流量过大，液体在降液管内停留时间过短，进入降液管的气泡来不及与液相分离而被带入下层塔板，造成气相返混，降低塔板效率。通常根据液相在降液管内的停留时间应大于3s，按式（1-24）作出此线。 ⑸ 液泛线 线5为液泛线。操作线若在此线上方,将会引起液泛。根据降液管内的液层高度，按式(1-46）作出此线. 由上述各条曲线所包围的区域，就是塔的稳定操作区。操作点必须落在稳定操作区内,否则塔就无法正常操作。必须指出，物系一定，塔板负荷性能图的形状因塔板结构尺寸的不同而异.在设计塔板时,可根据操作点在负荷性能图中的位置，适当调整塔板结构参数来满足所需的弹性范围. 操作时的气相流量与液相流量在负荷性能图上的坐标点称为操作点。在连续精馏塔中，回流比一定，板上的气液比V/L也为定值。在负荷性能图上，操作线可用通过坐标原点斜率为V/L的直线表示。通常把气相负荷上、下限之比值称为塔板的操作弹性系数,简称操作弹性。如图1-23所示，不同气液比的操作情况以OAB、OCD、OEF三条操作线表示，其控制上限的条件不一定相同，而且操作弹性也不相同.因此，在设计和生产操作时,要作出具体分析，抓住真正的影响因素，以利于优化设计和操作。 1.6 板式精馏塔高度及其辅助设备 塔设备的总体结构如图1—24所示，包括塔体、塔体支座、除沫器、接管、手孔、人孔、塔内件等。 塔体是塔设备的外壳。常见塔体由等直径，等壁厚的圆筒及椭圆形封头的顶盖和底盖构成。随着化工装置的大型化,为了节约原材料,有用不同直径、不同壁厚的塔体。塔体的厚度除应满足工艺条件下的强度外,还应校核风力、地震、偏心载荷所引起的强度和刚度，同时要考虑水压实验、吊装、运输、开停工的情况. 塔体支座是塔体安放到基础上的连接部分，一般采用裙座，其高度由工艺条件的附属设备(如再沸器、泵）及管道布置决定。它承受各种情况下的全塔重量,以及风力、地震等载荷,为此,它应具有足够的强度和刚度。
精馏塔设计说明书(最全)
引言 塔设备是化学工业，石油化工，生物化工，制药等生产过程中广泛采用的传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔为逐级接触式气液传质设备，塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡形式或喷射形式通过塔板上的液层，正常条件下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，它具有结构简单，安装方便，压降低，操作弹性大，持液量小等优点，被广泛的使用。本设计的目的是分离苯—甲苯的混合液，故选用板式塔。 设计方案的确定和流程说明 1.塔板类型 精馏塔的塔板类型共有三种：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。 浮阀塔板具有结构简单，制造方便，造价低等优点，且开孔率大，生产能力大，阀片可随气流量大小而上下浮动，故操作弹性大，气液接触时间长，因此塔板效率较高。本设计采用浮阀塔板。 2. 加料方式 加料方式共有两种：高位槽加料和泵直接加料。 采用泵直接加料，具有结构简单，安装方便等优点，而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。故本设计采用泵直接加料。 3. 进料状况 进料方式一般有两种：冷液进料及泡点进料。 对于冷液进料，当进料组成一定时，流量也一定，但受环境影响较大；而采用泡点进料，不仅较为方便，而且不受环境温度的影响，同时又能保证精馏段和提馏段塔径基本相等，制造方便。故本设计采用泡点进料。 4. 塔顶冷凝方式 苯和甲苯不反应，且容易冷凝，故塔顶采用全凝器，用水冷凝。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后的回流液和产品无需进一步冷却，选用全凝器符合要求。 5. 回流方式 回流方式可分为重力回流和强制回流。 本设计所需塔板数较多，塔较高，为便于检修和清理，回流冷凝器不适宜塔
板式塔的设计
板式塔的设计 板式塔的设计包括塔高的计算、塔径的确定、溢流装置的结构尺寸、板面布置、塔板校核及负荷性能图绘制等项内容。 一、板式塔的工艺计算 （1）选定塔顶、塔底产品浓度（有时由设计任务书给出），进行全塔物料衡算，列出物料衡算总表。 （2）确定冷凝器、塔顶、塔底的操作压力。 （3）确定塔顶、塔底温度。 （4）选定进料状态，定出进料温度。 （5）在已定的操作压力下，作出x-y相平衡曲线。 （6）求出最小回流比。 （7）确定适宜的操作回流比。 （8）计算所需的理论板数及进料位置。 （9）确定全塔效率，算出精馏段、提馏段实际塔板数。 （11）计算塔顶冷凝器及塔底再沸器的热负荷，求出塔顶、塔底所需冷却剂量及加热蒸汽用量，列出全塔热量衡算总表。 二、筛孔塔板的设计参数 液体在塔板上的流动型式确定之后，完整的筛板设计必须确定的主要结构参数有： ①塔板直径D ②板间距H T ③溢流堰的型式，长度 l和高度w h w ④降液管型式及降液管底部与塔板间距的距离 h o ⑤液体进、出口安定区的宽度和边缘区宽度 ⑥筛孔直径 d和孔间距0t 三、筛孔塔板的设计程序 1、板间距的选择和塔径D的初步确定 初选板间距H T，取板上清液层高度h l=50-100mm之间，计算最大允许气速
u max ，根据泛点百分率计算出设计气速u 和所需气体流通面积n A ，u V A S n = ，按 下表1选择塔板流型，并取堰长kD l w =，通常单流型可取k=0.6～0.8，双流型取k=0.5～0.7。对容易发泡的物系k 可取得高一些，以保证液体在降液管内有更长的停留时间。由教材图8-17查得溢流管面积f A 和塔板总面积T A 之比，即 T n T T f A A A A A -= ，然后求得塔板总面积T A ，根据π T A D 4= 求得D ，按塔设备系 列化规格，将D 进行圆整。当塔径小于1m 时，按100mm 递增，当塔径大于1m 时，按200mm 递增。 s V 为气体的体积流量 m 3/s ， s V 需要按精馏段和提馏段分开计算，最后根据 塔径的大小确定均能满足要求的塔径。 表1 选择液流型式的参考 2、塔高的确定 板式塔的高度为气液接触有效高度与塔顶、塔底空间高度三部分之和。其中有效段高度：Z=（N-N F -N P -1）H T + N F H F + N P H P + H D + H B 式中N 为实际塔板数， N F --进料板数，H T 为板间距， H F —进料板处板间距， N P —人孔数，一般每隔6—8层塔板设一人孔，需经常清洗时每隔3—4块塔
塔设计计算
目录 前言…………………………………………….…………..…… 一任务及操作条件………………………………….….………… 二吸收工艺流程的确定…………………………………………… 三物料计算………………………………………………………… 四塔径计算………………………………………………………… 五填料层高度计算………………………………...……………… 六填科层压降计算…………………………………………........... 七填料吸收塔的附属设备……………………….…………..……. 八课程设计总结………………………………...…………………. 九主要符号说明……………………………………...…………..... 十参考文献………………………………………..……………….. 十一附图……………………………………………………………前言塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气 液传质设备。根据塔内气液接触部件的形式，可以分为填料塔和板式塔。板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大（2）分离效率高（3）操作弹性大（4）气体阻力小结构简单、 设备取材面广等。 塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大。填料塔由填料、塔内件及筒体构成。填料分规整填料和散装填料两大类。塔内件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等。与板式塔相比，新型的
化工原理课程设计—板式精馏塔的设计
板式精馏塔的设计 1.1 概述 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。 工业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。 板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 （一）泡罩塔 泡罩塔是最早使用的板式塔，是Celler于1813年提出的，其主要构件是泡罩、升气管及降液管。泡罩的种类很多，国内应用较多的是圆形泡罩。 泡罩塔的主要优点是：因升气管高出液层，不易发生漏液现象，操作弹性较大，液气比范围大，适用多种介质，操作稳定可靠，塔板不易堵塞，适于处理各种物料；但其结构复杂，造价高、安装维修不便，板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大，因雾沫夹带现象较严重，限制了起诉的提高。现虽已为其他新型塔板代替，但鉴于其某些优点，仍有沿用。 （a b） 图1 泡罩塔 （二）浮阀塔 浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。 浮阀有盘式、条式等多种，国内多用盘式浮阀，此型又分为F－1型（V－1型）、V－4型、十字架型、和A型，其中F－1型浮阀结构较简单、节省材料，制造方便，性能良好，故在化工及炼油生产中普遍应用，已列入部颁标准（JB－1118－81）。其阀孔直径为39mm，重阀质量为33g，轻阀为25g。一般多采用重阀，因其操作稳定性好。 浮阀塔的主要优点是生产能力大，操作弹性较大，塔板效率高，气体压强降及液面落差较小，塔的造价低，塔板结构较泡罩塔简单。
塔的水力学计算手册
塔的水力学计算手册 1.目的与适用范围 (1) 2.塔设备特性 (1) 3.名词术语和定义 (1) 4.浮阀/筛孔板式塔盘的设计 (1) 5.填料塔的设计 (9)
1.目的与适用范围 为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。 本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。 2.塔设备特性 作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。 此外，塔设备还应具有以下一些特点： (1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾沫挟带或液泛 等影响正常操作的现象。 (2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传质效率下稳定 操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。 (3)塔压力降尽量小。 (4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。 (5)耐腐蚀、不易堵塞。 (6)塔内的滞留液量要小。 3.名词术语和定义 3.1 塔径(tower diameter)，D T 塔筒体内壁直径，见图3.1-(a)。 3.2 板间距(tray spacing)，H T 塔内相邻两层塔盘间的距离，见图3.1-(a)。 3.3 降液管(downcomer)，DC
各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。 3.4 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd 弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法， 见图3.1-(a),-(b)。 3.5 降液管底间隙(DC clearance)，ho 降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离， 见图3.1-(a)。 3.6 溢流堰高度(weir height)，hw 降液管顶部边缘高出塔板的距离， 见图3.1-(a)。 3.7 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A T 以塔内径计算的横截面积，A T = π(D T /2)2 3.8 降液管截面积(DC area)，A D 侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管的横截面积。其面积多为弓形，但对于小塔也有采用圆形。对于斜降液管，顶部和底部的横截面积是不同的。 3.9 净面积(net area ，free area)，A N 、A f 气相流体通过塔板间的最小横截面积，即总的塔盘横截面积A T 减去总的降液管顶部横截面积∑A D (包括多流程的中央、偏侧、偏中央降液管的横截面积)，也称自由面积。
化工原理精馏塔设计说明书
课程设计说明书 目录 摘要 (1) 1 引言 (2) 1.1化工原理课程设计的目的和要求 (2) 1.2通过课程设计达到如下目的 (2) 2 概述 (3) 2.1精馏操作对塔设备的要求 (3) 2.2板式塔类型 (3) 2.2.1筛板塔 (4) 2.3精馏塔的设计步骤 (4) 3 设计方案 (5) 3.1操作条件的确定 (5) 3.1.1操作压力 (5) 3.1.2 进料状态 (5) 3.1.3加热方式 (6) 3.1.4冷却剂与出口温度 (6) 3.1.5回流方式的选择 (6) 3.1.6热能的利用 (6) 3.2确定设计方案的原则 (7) 3.2.1 满足工艺和操作的要求 (7) 3.2.2 满足经济上的要求 (7) 3.2.3保证安全生产 (8) 3.3设计方案的确定 (8) 4 具体计算过程 (9) 4.1精馏塔的物料衡算 (9) 4.1.1原料业及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (9) 4.1.2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (9) 4.1.3.物料衡算 (9) 4.2理论塔板数NT的求取 (9) 4.2.1求最小回流比及操作回流比 (11) 4.2.2求精馏塔的气、液相负荷 (11) 4.2.3求操作线方程 (11) 4.2.4图解法求理论塔板数 (11) 4.2.5实际板层数的求取 (11)
化工原理 课程设计说明书 4.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 4.3.1操作压力计算 (12) 4.3.2操作温度计算 (12) 4.3.3平均摩尔质量计算 (12) 4.3.4平均密度计算 (13) 4.3.5液体平均表面张力计算 (14) 4.3.6.液体平均粘度计算 (15) 4.4精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (16) 4.4.1塔径的计算 (16) 4.4.2精馏塔有效高度的计算 (18) 4.5塔板主要工艺尺寸的设计 (18) 4.5.1溢流装置计算 (18) 4.5.2塔板布置 (19) 4.6筛板的流体力学验算 (20) 4.6.1塔板压降 (20) 4.6.2液面落差 (21) 4.6.3液沫夹带 (21) 4.6.4漏液 (21) 4.6.5液泛 (22) 4.7塔板负荷性能 (22) 4.7.1漏液线 (22) 4.7.2液沫夹带线 (23) 4.7.3液相负荷下限线 (23) 4.7.4液相负荷上限线 (24) 4.7.5液泛线 (24) 4.9计算结果 (26) 5 总结 (27) 参考文献 (28) 致谢.................................................. 错误！未定义书签。
Aspen模拟塔设计
一、板式塔工艺设计 首先要知道工艺计算要算什么？要得到那些结果？如何算？然后再进行下面的计算步骤。（参考） 其次要知道你用的软件（或软件模块）能做什么，不能做什么？你如何借助它完成给定的设计任务。 记住：你是工艺设计者，没有aspen 你必须知道计算过程及方法，能将塔设计出来，这是你经过课程学习应该具有的能力，理论上讲也是进入毕业设计的前提。只是设计过程中将复杂的计算过程交给aspen 完成，aspen 只替你计算，不能替你完成你的设计。 做不到这一点说明工艺设计部份还不合格，毕业答辩就可能要出问题，实际的这是开题时要做的事的一部份，开题答辩就是要考察这个方面的问题。 设计方案，包括设计方法、路线、分析优化方案等，应该是设计开题报告中的一部份。 没有很好的设计方案，具体作时就会思路不清晰，足见开题的重要性。下面给出工艺设计计算方案参考，希望借此对今后的结构和强度设计作一个详细的设计方案，明确的一下接下来所有工作详细步骤和方法，以便以后设计工作顺利进行。 板式塔工艺计算步骤 1.物料衡算（手算） 目的：求解aspen 简捷设计模拟的输入条件。 内容：(1) 组份分割，确定是否为清晰分割； (2)估计塔顶与塔底的组成。 得出结果：塔顶馏出液的中关键轻组份与关键重组份的回收率 参考：《化工原理》有关精馏多组份物料平衡的内容。 2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算 目的：结合后面的灵敏度分析，确定合适的回流比和塔板数。 方法：选择设计计算，确定一个最小回流比倍数。 得出结果：理论塔板数、实际板数、加料板位置、回流比，蒸发率等等RadFarce 所需要的所有数据。 3.灵敏度分析 目的：1.研究回流比与塔径的关系（NT-R），确定合适的回流比与塔板数。 2.研究加料板位置对产品的影响，确定合适的加料板位置。 方法：可以作回流比与塔径的关系曲线（NT-R），从曲线上找到你所期望的回流比及塔板数。 得到结果：实际回流比、实际板数、加料板位置。 4. 用DSTWU再次计算 目的：求解aspen塔详细计算所需要的输入参数。 方法：依据步骤3得到的结果，进行简捷计算。 得出结果：加料板位置、回流比，蒸发率等等RadFarce 所需要的所有数据。 5. 用详细计算模块（RadFrace）进行初步设计计算 目的：得出结构初步设计数据。 方法：用RadFrace 模块的Tray Sizing（填料塔用PAking Sizing），利用第4步（DSTWU）得出的数据进行精确设计计算。 主要结果：塔径。 6. 核算 目的：确定工艺计算的最后结果。 方法：对第 5 步的计算结果（如：塔径等）按设计规范要求进行必要的圆整，用
(完整)板式塔
板式塔 一、板式塔的概念、用途、示意图 板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。 用途：广泛应用于精馏和吸收，有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程.操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。 板式塔结构示意图如右图： 塔板又称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质的部位,塔板决定了塔的操作性能，一般由以下三个部分组成： 1 气体通道为保证气液两相充分接触 2 溢流堰为保证气液两相在塔板上形成足够的相际传质表面 3 降液管使液体有足够的停留时间 二、各类型塔板的结构及其特点： 按照塔内气、液流动方式，可将塔板分为错流塔板与逆流塔板两类。 错流塔板为塔内气、液两相成错流流动,即液体横向流过塔板，而气体垂直穿过液层，错流塔板广泛用于蒸馏、吸收等传质操作中。 逆流塔板亦称穿流板,板上不设降液管，气、液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。这种塔板结构虽简单，板面利用率也高，但需要较高的气速才能维持板上液层,操作范围较小,分离效率也低，工业上应用较少. 常见塔板 泡罩塔板 Bubble-cap tray
泡罩塔塔板上的主要部件是泡罩。 罩内覆盖着一段很短的升气管，升气管的上口高于罩下沿的小孔或齿缝。塔下方的气体经升气管进入罩内之后，折向下到达罩与管之间的环形空隙,然后从罩下沿的小孔或齿 缝分散气泡而进入板上的液层。 优点：弹性大、操作稳定可靠。 缺点:结构复杂,成本高，压降大.对于大直径塔，塔板液面落差大,导致塔板操作不均匀。 现状：近二、三十年来已趋于淘汰 三、板式塔的工艺设计 筛板塔化工设计计算 （1）塔的有效高度 Z 已知：实际塔板数 N P ； 塔板间距 H T ； 有效塔高： 塔体高度=有效高+顶部+底部+其他 塔板间距和塔径的经验关系： （2）塔径 确定原则: 防止过量液沫夹带液泛 步骤： 先确定液泛气速 uf (m/s ）； 然后选设计气速 u ； 最后计算塔径 D. ① 液泛气速 p T N H Z ⋅= V V L f C u ρρρ-=2 .02020⎪⎭ ⎫ ⎝⎛=σC C
精馏塔设计指导书
简单填料精馏塔设计 设计条件与任务： F 、xF 、xD 、xw 或F 、xF 、xD 和η，塔顶设全凝器，泡点回流，塔底间接(直接)蒸汽加热。 1 全塔物料衡算求产品流量与组成 〔1〕常规塔 全塔总物料衡算 总物料F = D + W 易挥发组分 F χF =D χD +W χW 假设以塔顶易挥发组分为主要产品，那么回收率η为 式中F 、D 、W ——分别为原料液、馏出液和釜残液流量，kmol/h ； χF 、χD 、χW ——分别为原料液、馏出液和釜残液中易挥发组分的摩尔分率。 由〔3-1〕和〔3-2〕式得： (2) 直接蒸汽加热 总物料* 0F S D W +=+ 易挥发组分** 00F D W Fx S y Dx W x +=+ 式中 V 0——直接加热蒸汽的流量，kmol/h ； У0 ——加热蒸汽中易挥发组分的摩尔分率，一般У0=0； W * ——直接蒸汽加热时釜液流量，kmol/h ； χ*W ——直接蒸汽加热时釜液中易挥发组分的摩尔分率。 2 计算最小回流比 设夹紧点在精馏段，其坐标为(xe,ye)那么 设夹紧点在提馏段，其坐标为(xe,ye) 根底数据：气液相平衡数据 3 确定操作回流比min (1.1~2.0)R R = 4 计算精馏段、提馏段理论板数 ① 理想溶液 图解法或求出相对挥发度用逐板计算法求取。 ② 非理想溶液 相平衡数据为离散数据,用图解法或数值积分法求取 精馏段1 1 R D f N x R x n n dx N dN x x +==-⎰ ⎰ 因 111 D n n x R y x R R += +++
所以 ()/D f x R x n n D n dx N y x x y R = ---⎰(4) 提馏段 1 1 S f W N x S x n n dx N dN x x += =-⎰ ⎰ 因 11 W n n x R y x R R +'+= -'' 蒸汽回流比(1)(1)(1)(1)V R D q F D F R R q W W W W +--'= ==+-- 所以 ()/(1) f w x S x n n n w dx N y x y x R = '---+⎰ (5) 式(4)、(5)中塔板由下往上计数。 5 冷凝器和再沸器热负荷 冷凝器的热负荷 ()C DV DL Q V I I =- 再沸器的热负荷 B C D W F Q Q DI WI FI =++- 待求量：进料温度t F 、塔顶上升蒸汽温度t DV (与x D 对应的露点温度)、回流温度t DL (与x D 对应的泡点温度)、再沸器温度tw (与x W 对应的泡点温度)。 物性数据： ① 各组分在平均温度下的液相热容、气相热容或汽化热。 ② 各组分的热容方程常数 如 2 3 p c A BT CT DT =+++ ③ 由沃森公式计算汽化热 21 0.38 2 11()1r V V r T H H T -∆=∆- 6填料塔的构造设计 I.塔径计算 计算公式： D = ①塔填料选择 须知： 相对处理能力：拉西环<矩鞍<鲍尔环<阶梯环<环鞍(填料尺寸一样，压降一样) 对于规整填料，别离能力：丝网类填料>板波纹类填料，板波纹填料较丝网类有较大的处理量和较小的压降。250Y ——250指的是填料的比外表积，Y 指的是波纹倾角为45o ,X Y 指的是波纹倾角为30o 填料选择的三步骤：选材质→选类型→选尺寸(径比应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的别离效率下降。)
板式吸收塔的设计
板式吸收塔设计任务书 一设计题目 水吸收二氧化硫板式吸收塔设计 二设计任务及操作条件 1 设计任务 混合气体的处理为20000m3/h ，其中废气进入塔的浓度为0.3%（体积比），其余组分为惰性气体（空气）。要求采用清水进行吸收，吸收效率为98%。 2 操作条件：塔顶表压力0.3atm ，操作温度30℃ 3 塔板类型: 泡罩式塔板 4 设备型式：塔板 三设计内容 1 设计方案的选择及流程说明 2 吸收塔的基础物性数据 3 吸收塔的物料衡算 4 吸收塔的工艺尺寸的计算 5 溢流装置的计算 6 塔板的流体力学验算 7 塔板负荷性能图； 8 板式塔的结构与附属设备的计算 9 设计结果汇总表 10 设计心得 11 主要参数说明 12 绘制生产工艺流程图 13 绘制主要设备结构总装图
板式吸收塔设计说明书 目录 第一章设计方案的简介 (4) 1.1 概述 (4) 1.1.1 塔设备的类型 (4) 1.1.2 板式塔与填料塔的比较及选型 (4) 1.2 板式塔的设计 (5) 1.2.1 设计方案——装置流程的确定 (6) 1.2.2 塔板的类型与选择 (6) 第二章板式塔工艺尺寸计算 (9) 2.1 基础物性数据 (9) 2.1.1 液相物性数据 (9) 2.1.2 气相物性数据 (9) 2.1.3 气液相平衡数据 (9) 2.2 物料衡算 (9) 2.3 板式吸收塔的工艺尺寸的计算 (10) 2.3.1 塔径计算 (10) 2.3.2 塔截面积 (10) 2.3.2 塔截面积 (10) 2.4 溢流装置的计算 (10)
2.4.1 溢流堰长 (10) 2.4.2 出口堰高 (10) 2.4.3 降液管的宽度和降液管的面积 (10) 2.4.4 降液管底隙高度 (11) 2.4.5 塔板布置 (11) 2.5 塔板的流体力学验算 (11) 2.6 塔板负荷性能图 (13) 2.6.1 漏液线 (13) 2.6.2 雾沫夹带线 (13) 2.6.3 液相负荷下限线 (14) 2.6.4 液相负荷上限线 (15) 2.6.5 液泛线 (15) 第三章板式塔的结构与附属设备 (18) 3.1 塔体结构 (18) 3.2 塔板结构 (18) 第四章设计结果总汇 (20) 4.1 板式塔设计汇总表 (20) 4.2 结束语 (21) 附录1 主要符号说明 附录2 参考文献 附图一板式吸收塔工艺流程简图 附图二板式塔的装配图
苯―甲苯精馏分离板式塔设计
板式精馏塔设计任务书 设计者：班级学号：指导老师：日期： 一、设计题目：苯―甲苯精馏分离板式塔设计 设计一座苯―氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为99.8%的氯苯28000吨，塔顶馏出液中含氯苯不高于2%，原料液中含氯苯30%（以上均为质量分数） 二、设计任务及操作条件 1、设计任务： 生产能力（氯苯）20000吨/年 塔顶馏出液含氯苯≤2% 塔顶馏出液含苯% ≥ 98 塔底釜残液含氯苯% ≥ 99 8. 塔底釜残液含苯% ≤ 2.0 产品纯度99.8% 操作周期7200小时/年 进料组成50% 塔效率60% 2、操作条件 操作压力常压（表压） 进料热状态泡点进料 回流比 2 塔底加热蒸气压力0.5MP（表压） 单板压降：≤0.7 kPa 3、塔板类型筛板
4、工作日每年300天每天24小时连续运行 5、厂址 三、设计内容： 1、精馏塔的物料衡算； 2、塔板数的确定； 3、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4、精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 5、塔板主要工艺尺寸的计算； 6、塔板的流体力学验算； 7、塔板负荷性能图； 8、精馏塔接管尺寸计算； 9、绘制生产工艺流程图； 10、绘制精馏塔设计条件图； 11、绘制塔板施工图（可根据实际情况选作）； 12、对设计过程的评述和有关问题的讨论。 四、设计基础数据 其他物性数据可查相关手册
目录 1.精馏塔的概述 (4) 1.1塔设备的类型 (4) 1.2塔设备的性能指标 (4) 1.3 板式塔与填料塔的比较 (5) 1.4精馏原理 (5) 2．设计标准 (6) 3.设计方案的分析和拟订 (6) 4.各部分结构尺寸的确定和设计计算 (6) 4.1.设计方案的确定 (6) 4.2.精馏塔的物料衡算 (8) 4.2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (9) 4.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (9) 4.2.3物料衡算 (9) 4.3.塔板数的确定 (10) 4.3.1理论板层数NT的求解 (10) 4.3.2实际板层数的求取 (12) 4.4.精馏段的工艺条件及有关物性数据的计算 (12) 4.4.1 精馏段操作压力计算 (12) 4.4.2提馏段操作压力的计算 (12) 4.4.3操作温度计算 (13) 4.4.4平均摩尔质量计算 (13) 4.4.5平均密度的计算 (14) 4.4.6液体平均表面张力计算 (15) 4.4.7液体平均黏度的计算 (16) 4.5.精馏塔的塔体工艺尺寸的计算 (16) 4.5.1.塔径的计算 (16) 4.5.2精馏塔有效高度的计算 (18) 4.6.塔板主要工艺尺寸的计算 (18) 4.6.1溢流装置计算 (18) 4.6.2塔板布置 (19) 4.7.筛板的流体力学验算 (21) 4.7.1塔板压降 (21) 4.7.2液面落差 (22) 4.7.3液沫夹带 (22) 4.7.4液漏 (22) 4.7.5.液泛 (23) 4.8.塔板负荷性能图 (23) 4.8.1漏液线 (23) 4.8.2液沫夹带线 (24) 4.8.3液相负荷下限线 (25) 4.8.4液相负荷上限线 (25) 4.8.5液泛线 (25)
板式精馏塔的设计--化工原理课程设计
《化工原理课程设计》教案 板式精馏塔的设计
绪论................................................................................................... 错误！未定义书签。第一节概述 (11) 1.1精馏操作对塔设备的要求 (11) 1.2板式塔类型 (11) 1.2.1筛板塔 (12) 1.2.2浮阀塔 (12) 1.3精馏塔的设计步骤 (13) 第二节设计方案的确定 (14) 2.1操作条件的确定 (14) 2.1.1操作压力 (14) 2.1.2 进料状态 (14) 2.1.3加热方式 (14) 2.1.4冷却剂与出口温度 (15) 2.1.5热能的利用 (15) 2.2确定设计方案的原则 (16) 第三节板式精馏塔的工艺计算 (17) 3.1 物料衡算与操作线方程 (17) 3.1.1 常规塔 (18) 3.1.2 直接蒸汽加热 (19) 第四节板式塔主要尺寸的设计计算 (21) 4.1塔的有效高度和板间距的初选 (21) 4.1.1塔的有效高度 (21) 4.1.2板间距的初选 (21) 4.2 塔径 (22) 4.2.1初步计算塔径 (23) 4.2.2塔径的圆整 (24)
4.2.3 塔径的核算 (24) 第五节板式塔的结构 (25) 5.1塔的总体结构 (25) 5.2 塔体总高度 (25) 5.2.1塔顶空间H D (26) 5.2.2人孔数目 (26) 5.2.3塔底空间H B (28) 5.3塔板结构 (28) 5.3.1整块式塔板结构 (28) 第六节精馏装置的附属设备 (29) 6.1 回流冷凝器 (29) 6.2管壳式换热器的设计与选型 (30) 6.2.1流体流动阻力（压强降）的计算 (30) 6.2.2管壳式换热器的选型和设计计算步骤 (31) 6.3 再沸器 (31) 6.4接管直径 (32) 6.4加热蒸气鼓泡管 (33) 6.5离心泵的选择 (33)