塔设备设计
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
塔设备的机械设计课程设计
塔设备的机械设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握塔设备的基本结构及其在化工生产中的应用，理解塔设备的设计原理和关键参数；2. 使学生了解塔设备机械设计的相关标准、规范和要求，掌握塔设备的设计流程；3. 引导学生掌握塔设备力学分析的基本方法，理解其强度、稳定性和疲劳寿命等方面的评价标准。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识进行塔设备结构设计和计算的能力；2. 提高学生解决实际工程问题的能力，能够根据设计要求完成塔设备的机械设计；3. 培养学生查阅相关资料、运用专业软件进行塔设备设计和分析的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对化工设备机械设计的兴趣，培养其创新意识和实践能力；2. 培养学生严谨的科学态度和良好的团队协作精神，使其在工程设计中具备较强的责任感和使命感；3. 引导学生关注化工设备在实际生产中的应用，认识到所学知识在工程实践中的价值。
本课程针对高年级本科或研究生阶段的学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
通过本课程的学习，学生能够掌握塔设备机械设计的基本原理和方法，具备实际工程问题的分析和解决能力，为未来从事相关工作奠定坚实基础。
二、教学内容1. 塔设备概述：介绍塔设备的基本概念、分类及其在化工生产中的重要作用，对应教材第一章。
- 塔设备结构及工作原理- 塔设备的分类及特点2. 塔设备设计原理：讲解塔设备设计的基本原理、关键参数和设计要求，对应教材第二章。
- 塔设备设计的基本原理- 塔设备设计的关键参数- 塔设备设计的相关规范和要求3. 塔设备结构设计：学习塔设备的结构设计方法，包括力学分析、强度计算等，对应教材第三章。
- 塔设备力学分析- 塔设备强度计算- 塔设备稳定性分析4. 塔设备设计流程与实践：通过案例分析，使学生掌握塔设备设计的实际操作流程，对应教材第四章。
- 塔设备设计流程- 设计软件的应用- 案例分析与实践5. 塔设备设计评价与优化：介绍塔设备设计评价标准及优化方法，提高学生的工程设计能力，对应教材第五章。
塔设备设计方案范文
塔设备设计方案范文背景介绍：塔设备是指在高空环境中进行建筑、维修、保养等工作时使用的设备，主要包括升降机、脚手架、吊篮等。
随着城市化进程的加快，高楼大厦的建设数量不断增加，对塔设备的需求也越来越大。
因此，设计一套安全、高效、可靠的塔设备，对于提高建筑施工质量和效率具有重要意义。
设计要求：1.安全可靠：设备在高空环境中工作，必须保证操作人员的安全。
设备的结构要坚固稳定，具备较高的抗风性能，能够抵御自然环境的影响。
同时，设备还要配备安全保护装置，如防坠器、制动器等，确保在发生紧急情况时能够及时采取措施保护操作人员。
2.高效节能：设备的设计应当尽量提高工作效率，减少人力投入。
例如，升降机的升降速度要快、载重量要大，以满足不同工作需求。
同时，设备还应该具备节能功能，如采用先进的电动技术替代传统的机械传动方式，降低能耗和运行成本。
3.灵活易用：设备应具备较大的适应性和可调节性，以满足不同场合的需求。
例如，升降机的高度应该可调节，脚手架的搭建方式应该灵活多变。
同时，设备的操作应简单易懂，方便工人上手使用，减少出错。
设计方案：基于以上设计要求，设计了一套符合要求的塔设备方案。
1.升降机：采用液压驱动方式，提供快速、稳定的升降功能。
配备可调节高度的工作平台，满足不同高度的工作需求。
同时，升降机还具备较大的载重量，能够承载多人和工具设备同时上下运行。
为了提高安全性，升降机还配备了防坠器和制动器等安全装置，一旦出现异常情况，即可自动启动保护机制。
2.脚手架：采用铝合金材料制作，具有轻便、坚固的特点。
脚手架的搭建方式可调节，适应不同形状和高度的建筑物。
为了提高操作人员的安全性，在脚手架的边缘设置了护栏，确保人员不会意外掉落。
脚手架还配备了平台和扶手等设施，方便操作人员上下、前后移动。
3.吊篮：采用电动驱动方式，提供稳定的升降和运行速度。
吊篮的结构采用钢构设计，具有较好的抗风性能。
吊篮具备较大的载重量，可同时承载多人和工具设备。
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
塔设备设计方案
塔设备设计方案1. 引言塔设备是指用于支撑和传输电力、电信等各种设备和信号的结构设施。
在现代社会中，塔设备的重要性不言而喻。
本文将就塔设备的设计方案进行详细介绍，包括设计目标、设计原则、设计流程以及设计注意事项等。
2. 设计目标塔设备的设计目标是确保其具有合理的结构强度和稳定性，以及满足特定的使用需求。
具体的设计目标包括以下几个方面：1.结构强度：塔设备需要能够承受各种外部力的作用，如风力、重力等。
设计时需要考虑结构材料的强度、断面尺寸以及连接方式等因素，以确保塔设备的结构强度。
2.稳定性：塔设备需要具有良好的抗倾倒和抗侧移的稳定性。
设计时需要考虑塔设备的重心位置、基础设计以及防倾倒和抗侧移的措施等因素。
3.使用需求：塔设备的设计需要满足特定的使用需求，例如承载电力线路、通信设备、天线等。
设计时需要考虑设备的尺寸、布置、重量限制等因素，以满足使用需求。
3. 设计原则在进行塔设备设计时，需要遵循以下几个设计原则：1.安全性原则：塔设备的设计应该以安全为首要原则。
设计时需要考虑到可能的风险和危险因素，并采取相应的安全措施，保证人员和设备的安全。
2.经济性原则：塔设备的设计应该追求经济性，即在满足使用需求的前提下，尽可能减少成本和资源的消耗。
3.可靠性原则：塔设备设计需要考虑结构的可靠性和稳定性，从而确保设备长期稳定运行。
4.环境友好性原则：塔设备的设计应该尽量减少对环境的影响，例如减少材料的使用、减少能源的消耗等。
4. 设计流程设计塔设备的流程可以分为以下几个步骤：4.1. 确定使用需求首先需要明确塔设备的使用需求，包括承载的电力线路或通信设备的类型和要求等。
4.2. 设计草图根据使用需求，绘制塔设备的设计草图，包括设备的形状、尺寸、材料等。
4.3. 结构分析进行塔设备的结构分析，包括承载能力的计算、结构强度和稳定性的评估等。
4.4. 优化设计基于结构分析的结果，进行优化设计，包括调整材料的尺寸、布置加强筋等，以改善结构的强度和稳定性。
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• • • • •
0——0截面：底面基准 1——1截面：裙座人孔 2——2截面：塔、座焊缝 3——3截面：第二人孔下 4——4截面：顶面
0 1 — —1m 1 2 — —1.8m 2 3 — —7.05m 3 4 — —10.5m
一、塔体选材
• 据工作压力0.5Mpa,工作温度110℃，属 低压常温。 • 工作介质微腐，故选Q235—A。
（3）保温层重
取保温层厚度0.1m，密度300kg/m3 （JB）
2 2 m3 Di 2 n 2 Di 2 n H 0 4 2 2 0.785 2 2 0.01 2 o.1 2 2 0.01 17.5 300 kg 34950N 3495
5）塔板的连接与紧固 A、固定件 焊在塔壁上 B、紧固件 ①塔板与支持板、塔板与受液盘、通道 板与矩形板靠龙门、楔子结板紧固。 ②弓形板与支持圈靠卡板、楔子紧固。
（回题）
（2）内构件重
查P151表4-2，取浮阀塔盘重79kg/m2 由工艺条件知共30个塔盘 则
2 m2 Di 75 30 7065 kg 70650 N 4
用单面对接焊，局探， 0.8
0.58 2000 6.4mm • 则， 2 113 0.8 0.58
d C2 7.4mm
• 查 • 取 • 查
C1 0.8m m
n 10mm
无变化
t
n 10mm合适
• 2、封头壁厚 • 采用标准椭圆形封头，取封头壁厚为10mm。
2
kg 91150 N 9115
mm • 其中 H 0 2300 4750 3 1000 17550
• （2）补充：内构件
• 板式塔的塔盘有整块式（塔径1m以下）和分块式 （塔径1m以上）两种。 • A、整块式塔盘塔 • 1)塔盘： • 有小孔通气相 • 有液封受液装置接受液相 • 有溢流管排放液相
B、分块式塔盘
• 1）塔身为整体圆筒，不分塔节，而塔盘板 分为数块安装。 • 2）据塔径不同，塔盘可分单、双多流结构， 泄流。 • 3）图3-7解说 • 筋板、受液盘、支持圈（板）、降液 板都被焊在塔壁上，是支承塔板的固定件。
弓形板固定在支持板、受液盘和支持圈上； 矩形板固定在支持板、受液盘和弓形板上； 通道板固定在支持板、受液盘、弓形板和矩 形板上。 自身梁 一种防止弯曲的手段。 ①矩形板 无支承的一边为自身梁结构，有 过渡凹平面，以备叠放通道板。 ②通道板 无自身梁 ③弓形板 弦边为自身梁结构
• • • • • • • •
各接管： [DN] 裙座人孔—— 400 温度—— 32 进气——450 进料——100 压力计——25 出气——150
[DN] 回流——100 取样——25 液面计——15 出料——125 人孔——450
设计步骤
• 1、将塔器当作容器，按设计压力求其壁厚； • 2、寻找危险截面，分析其危险因素； • 3、将各危险因素叠加起来，进行强度和稳定 性校核，对拉应力进行强度校核，对压应力， 应同时满足强度和稳定条件； • 4、校核地脚螺栓的个数及其直径。
• 2）盘壁间密封结构 • 塔盘圈焊在塔盘上，其高度>溢流堰高度； • 填料支持圈（板）焊在塔盘圈上，其位 置视填料高度而定； • 填料塞在密封处； • 压圈压在填料上； • 压板压在压圈上； • 螺栓焊在塔盘圈另一侧，用于固定压紧 压板。
3）降液管 焊在塔盘上，多为弓形。 4）塔节内塔盘的固定 塔节下部内壁焊有支座，用于固定 底层塔盘，每上层塔盘由定距管支承， 管内有拉杆穿过各层塔盘，拧紧拉杆上 的螺母即把塔节内各层塔盘紧固。 5）塔节由法兰联接组成全塔。
补充：低温：<-20 ℃
常温：-20 ℃~200 ℃ 中温：200 ℃~400 ℃ 高温：>420 ℃
二、按设计压力计算筒体和封头 壁厚
• 1、筒体壁厚 t 113MPa • 设 PDi t 2 P P—设计压力，应略大于工作压力； P=0.5×1.15=0.575≈0.58MPa
三、各种载荷计算
• 1、设备自重 • （1）塔体重m1 2 2 2 m1 Di 2 n Di H 0 2 Di 2 n n
4 4 0.7852 2 0.01 2 17.5 7.8 10
2 2
3
2 0.7852 2 0.01 0.01 7.8 103
(4)平台重
• 由工艺条件知，每10个塔盘设一人孔，一平 台，共4个。每个平台为半圆形，取平台宽度 kg m2 0.9m，平台自重查P151表4-2。q=150
150 4 0.7852 2 0.01 2 0.1 2 0.9 2 2 0.02 2 0.1 2
4 塔设备设计
• • • • • • • 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 概述 板式塔及其结构设计 填料塔及其结构设计 其他结构设计 板式塔设计举例
本章主要通过板式塔的设计实例来学习 和掌握塔设备的结构设计及计算步骤。
题目：浮阀塔之塔体和群座的机械设计
• 设计条件： 塔径——2000mm • 塔高——20.35m（20m） • 工作压力——0.5Mpa • 工作温度——110℃ • 介质：弱腐蚀性有机物（密度0.8) • 地点：济南 • 基本风压——400pa • 地震烈度——8级 • 塔板距——0.45×9+0.7[m] • 周而复始