塔设备计算实例
塔器吊装计算书
附录5计算说明书一、受力分析及绳扣选择设备主吊简图如下：图1 图2图1是塔器下端各分段主吊简图，图2是塔器上段主吊简图。
件1为管式吊耳，件2和件4为吊装绳扣，件3为平衡梁，件5为板式吊耳，件6为吊装绳扣。
图1所示模型以苯塔Ⅰ段为例进行校核，图2所示模型以白土塔为例进行校核，件3平衡梁单独进行校核，其它各段不逐一校核。
1．苯塔Ⅰ段校核（直立状态受力最大）设备重量G=57.5吨，件1选用φ273×10无缝钢管（20#），长度为L=200mm=20cm（见下图），件2选用φ39mm×18m钢丝绳扣，件4选用φ39mm×20m钢丝绳扣，α为吊装绳扣与水平方向夹角。
1）主吊耳强度校核Gj=K*G=1.1×56=63.3t，K=1.1为动载系数；Q=1/2 Gj=1/2×63.3=31.7t=31700Kg；弯矩为M=Q*L/2=31700*20/2=3.17×105kg.cmφ273×10无缝钢管的抗弯模量为：W=πD3［1-（d/D）4］/32=3.14×27.33［1-（25.3/27.3）4］/32=523.84cm3 弯曲应力σ=M/W=3.17×105/523.84=605.2 kg/ cm2＜[σ]=1700 Kg/cm2；其中，[σ]=1700 Kg/cm2为20#无缝钢管许用弯曲应力。
剪应力τ＝Pcosα/A（此处α＝0）＝31700/82.6=384 Kg/cm2＜[τ]=1000 Kg/cm2组合应力[τ2＋(σM 2+σN2)]1/2＝[3842＋605.22)]1/2＝716Kg/cm2＜[σ]=1000 Kg/cm2；故件1强度满足要求。
2）吊装绳扣强度校核2.1件2选用钢丝绳扣φ39mm×18m一对，每根四股使用（每根工作绳数按3根绳计算）。
每根绳扣受力为：P1=Q=1/2Gj=1/2×63.3=31.7t=31700Kg；单根φ39mm钢丝绳破断拉力为S=52d2=52×392=79092 Kg钢丝绳扣使用安全系数为：n=3S/P=3×79092/31700=7.48≥[n]=6[n]=6为吊装钢丝绳扣许用安全系数。
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)。
二. 设计参数与结构简图1、设计参数本课程设计的工艺条件由化工原理课程设计计算而得。
塔吊附着计算(验算合格)
塔吊附着计算塔机安装位置至建筑物距离超过使用说明规定，需要增长附着杆或附着杆与建筑物连接的两支座间距改变时，需要进行附着的计算。
主要包括附着杆计算、附着支座计算和锚固环计算。
一. 参数信息二. 支座力计算塔机按照说明书与建筑物附着时，最上面一道附着装置的负荷最大，因此以此道附着杆的负荷作为设计或校核附着杆截面的依据。
附着式塔机的塔身可以视为一个带悬臂的刚性支撑连续梁，其内力及支座反力计算如下:1. 风荷载计算1) 工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值塔机所受风均布线荷载标准值 (Wo=0.2kN/m2)W k=0.8×0.7×1.95×1.54×0.2=0.34kN/m2q sk=1.2×0.34×0.35×1.8=0.25kN/m2) 非工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值塔机所受风均布线荷载标准值 (本地区 Wo=0.30kN/m2)W k=0.8×0.7×1.95×1.54×0.30=0.50kN/m2q sk=1.2×0.50×0.35×1.80=0.38kN/m2. 塔机的倾覆力矩工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值M k=-2450+800=-1650.00kN.m非工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值M k=-2450.00kN.m3. 力 Nw 计算工作状态下: N w=0.000kN非工作状态下: N w=0.000kN三. 附着杆内力计算塔吊四附着杆件的计算属于一次超静定问题,采用结构力学计算个杆件内力: 计算简图:方法的基本方程：计算过程如下：其中:∑1p为静定结构的位移；T i0为F=1时各杆件的轴向力；T i为在外力M和P作用下时各杆件的轴向力；l i为各杆件的长度。
考虑到各杆件的材料截面相同，在计算中将弹性模量与截面面积的积EA约去，可以得到：各杆件的轴向力为：考虑工作状态和非工作状态两个工况，以上的计算过程将θ从0-360度循环，解得每杆件的最大轴压力，最大轴拉力：杆1的最大轴向拉力为：102.2kN；杆2的最大轴向拉力为：62.57kN；杆3的最大轴向拉力为：62.57kN；杆4的最大轴向拉力为：102.2kN；杆1的最大轴向压力为：102.20kN；杆2的最大轴向压力为：62.57kN；杆3的最大轴向压力为：62.57kN；杆4的最大轴向压力为: 102.20kN。
塔设备强度计算 裙座基础环和螺栓计算
㈡基础环板设计1. 基础环板内、外径的确定裙座通过基础环将塔体承受的外力传递到混凝土基础上，基础环的主要尺寸为内、外直径（见下图），其大小一般可参考下式选用（4-68）式中：D ob-基础环的外径，mm；D ib-基础环的内径，mm；D is-裙座底截面的外径，mm。
2. 基础环板厚度计算在操作或试压时，基础环板由于设备自重及各种弯矩的作用，在背风侧外缘的压应力最大，其组合轴向压应力为：（4-69）式中：A b-基础环面积，mm2；W b-基础环的截面系数，mm3；（1）基础环板上无筋板基础环板上无筋板时，可将基础环板简化为一悬臂梁，在均布载荷σbmax的作用下，基础环厚度：（4-70）式中：δb-基础环厚度，mm；[σ]b-基础环材料的许用应力，MPa。
对低碳钢取[σ]b=140MPa。
（2）基础环板上有筋板基础环板上有筋板时，筋板可增加裙座底部刚性，从而减薄基础环厚度。
此时，可将基础环板简化为一受均布载荷σbmax作用的矩形板（b×l）。
基础环厚度：（4-71）式中：δb-基础环厚度，mm；M s-计算力矩，取矩形板X、Y轴的弯矩M x、M y中绝对值较大者，M x、M y按计算，N·mm/mm。
无论无筋板或有筋板的基础环厚度均不得小于16mm。
㈢地脚螺栓地脚螺栓的作用是使设备能够牢固地固定在基础底座上，以免其受外力作用时发生倾倒。
在风载荷、自重、地震载荷等作用下，塔设备的迎风侧可能出现零值甚至拉力作用，因而必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓。
塔设备在基础面上由螺栓承受的最大拉应力为：（4-72）式中：σB-地脚螺栓承受的最大拉应力，MPa。
当σB≤0时，塔设备可自身稳定，但为固定塔设备位置，应设置一定数量的地脚螺栓。
当σB>0时，塔设备必须设置地脚螺栓。
地脚螺栓的螺纹小径可按式（4-73）计算：（4-73）式中：d1-地脚螺栓螺纹小径，mm；C2-地脚螺栓腐蚀裕量，取3mm；n-地脚螺栓个数，一般取4的倍数；对小直径塔设备可取n=6；[σ]bt-地脚螺栓材料的许用应力，选取Q-235-A时，取[σ]bt=147MPa；选取16Mn时，取[σ]bt=170MPa。
精馏塔的计算
本次设计的一部分是设计苯酐轻组分塔，塔型选用F1浮阀塔，进料为两组分进料连续型精馏。
苯酐为重组分，顺酐为轻组分，从塔顶蒸除去，所以该塔又称为顺酐塔。
5.1 确定操作条件顺酐为挥发组分，所以根据第3章物料衡算得摩尔份率：进料： 794.0074.43239072.5x F ==塔顶： D x =0.8502塔底： w x =0.002该设计根据工厂实际经验及相关文献给出实际回流比R=2（R=1.3R min ），及以下操作条件： 塔顶压力：10.0kPa ；塔底压力：30.0kPa ； 塔顶温度：117.02℃； 塔底温度：237.02℃； 进料温度：225℃； 塔板效率：E T =0.5 5.2 基础数据整理 （1）精馏段：图5-1 精馏段物流图平均温度：()01.17122502.11721=+℃平均压力：()=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯⨯-⨯333100.107519.75100.10100.30213103.015⨯pa 根据第3章物料衡算，列出精馏段物料流率表如下：标准状况下的体积： V 0=2512.779.42234.7880=⨯Nm 3/h操作状况下的体积： V 1=63610101.01003.1510101.027301.1712732512.779⨯+⨯⨯⨯+⨯=1103.2112 Nm 3/h气体负荷： V n =3064.036001103.2112= m 3/s气体密度： =n ρ0903.32112.11033409.2240= kg/m 3液体负荷： L n =9470.036003409.2240= m 3/s171.01℃时 苯酐的密度为1455kg/m 3（2图5-2 提馏段物料图平均温度：()01.23122502.23721=+℃ 入料压力：()Pa k 9.147519751030=-⨯-平均压力：()=+0.309.142122.5kPa 根据第3章物料衡算列出提馏段内回流如下图：表5-2 提馏段内回流标准状况下的体积：='0V 4054.4974.222056.22=⨯Nm 3/h 操作状态下的体积：='1V 63610101.0105.2210101.027301.2312734054.497⨯+⨯⨯⨯+⨯ =751.0162 Nm 3/h气体负荷：V m =2086.03600751.0162=m 3/s气体密度 m ρ=7022.110162.7518788.5420=kg/m 3查得进料状态顺酐与苯酐混合物在温度225℃下，含顺酐5.41(wt)%,密度1546kg/m 3。
塔基础计算(圆柱式)
按构筑物抗震设计规范（ＧＢ－５０１９１－９３）的经验
公式 当Ｈ２／Ｄ０＜７００时
Ｔ１＝０.４０＋０.９８Ｘ１０－３Ｈ２／Ｄ０
0.4784当Ｈຫໍສະໝຸດ ／Ｄ０＞７００时Ｈ２／Ｄ０
80
Ｔ１＝０.２９＋１.１４Ｘ１０－３Ｈ２／Ｄ０
0
四．风荷载计算
Ｗ=DbzmsmzW0(kN/m)
bz=1+zufz/mz
ms
mz
4.48
一．设计资料
塔设备直径D（米） 3.2
塔设备高度H
（米） 16
基本风压W0(kN/m2) 0.4
地基承载力特征值fak(kPa) 400
抗震设防烈度 6
场地类别 2
设计地震分组 2
a1 0.12
二．荷载
塔设备自重(kN)
385
操作时塔总重(kN) 1350
塔试验重(kN)
1350
三．塔型设备自振周期
2.24
1.10 1.42
( 14.2.6 - 1 ) ( 14.2.6 - 2 )
mzW0D2
H/D
z
5.81632
5
2.1
塔基础顶面剪力（Ｑ）
塔基础顶面弯矩(kN-m)
Q=W*H(kN)
M=W*H2/2(kN-m)
71.729152
573.833216
地基承载力特征值fa(kPa) 400
u 0.84
-0.73
0.53
14.4
2
rl
Pjmax
R
1.8
107.4
2
R 1.6
r1/R 0.90
底板厚度h0取 0.5 米
-209.12
-0.5944 -0.5944
化工原理下册 第三章塔设备-2
xn1 yn (利用操作线方程)
（2）塔顶冷凝器的类型 (i)当塔顶为全凝器时,
y1 xd
则自第一块塔板下降的液相组成 x1 与 y1 成相平衡， 故可应用相平衡 方程由 y1 计算出 x1，自第二块塔板上升蒸汽组成 y2 与 x1 满足操作线方 程，由操作线方程以小 x1 计算得出 y2.
停留时间，即
A H
f T
LS
—液体在降液管中的停留时间，s
Af
（2）.降液管底隙高度 为保证良好的液封，又不致使液流阻力太大，一般取为
hO
m3 —降液管截面积，
hO hW 0.006 ~ 0.012 , hO
m
也不易小于 0.02～0.025m，以免引起堵塞，产生液泛。
孔，以供停工时排液。
18
19
3．溢流堰
根据溢流堰在塔盘上的位置
可分为进口堰和出口堰。
当塔盘采用平形受液盘时， 为保证降液管的液封，使液体 均匀流入下层塔盘，并减少液 流沿水平方向的冲击，应在液
体进口处设置进口堰。
20
21
4、溢流堰（出口堰）的设计
(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 ～ 0.7)D，其中 D 为塔径 (2).堰上液层高度 OW ： 堰上液层高度应适宜，太小则堰上的液体均布差，太大则塔板压 强增大，物沫夹带增加。对平直堰，设计时 hOW 一般应大于 0.006m， 若低于此值应改用齿形堰。 hOW 也不宜超过 0.06 ～ 0.07m ，否则可改 用双溢流型塔板。 平直堰的 hOW 按下式计算 式中
填料塔计算公式
填料塔计算公式填料塔是化工、环保等领域中常用的气液传质设备，要想设计和操作好填料塔，掌握相关的计算公式那可是相当重要！先来说说填料塔的塔径计算公式。
这就好比给塔选一件合适的“衣服”，太大了浪费材料，太小了又影响工作效率。
塔径的计算主要考虑气体的体积流量、空塔气速等因素。
计算公式大致是：D = √（4Vs / πu），这里的 D 表示塔径，Vs 是气体体积流量，u 是空塔气速。
咱就拿一个实际例子来说吧，之前我在一个化工厂实习的时候，就碰到了填料塔塔径计算的问题。
当时厂里要对一个旧的填料塔进行改造，以提高生产效率。
我们首先得确定气体的流量，这可不是个简单的事儿，得通过各种测量仪表，像流量计啥的，获取准确的数据。
然后再根据工艺要求和经验，确定合适的空塔气速。
这个空塔气速的选择可不能马虎，选高了，气体阻力增大，能耗增加；选低了，塔的处理能力又不够。
我们那时候是反复讨论、计算，才最终确定了一个比较理想的塔径。
再来说说填料层高度的计算公式。
这就像是给塔盖房子，得盖多高才能让气液充分接触，完成传质任务呢？常用的计算公式有传质单元数法和等板高度法。
传质单元数法呢，需要先计算出传质单元数，然后乘以传质单元高度，就得到了填料层高度。
等板高度法呢，是先确定理论板数，再乘以等板高度。
我记得有一次，在设计一个新的填料塔时，为了确定填料层高度，我们可是费了好大的劲儿。
先是在实验室里做小试，模拟实际的操作条件，测量各种数据。
然后根据实验结果进行计算和分析，不断调整参数，优化设计方案。
那几天，我们办公室的灯常常亮到很晚，大家都在为了这个项目努力。
还有填料的压降计算也不能忽视。
压降大了，会增加能耗；压降小了，又可能影响传质效果。
总之，填料塔的计算公式虽然看起来有点复杂，但只要我们认真研究，结合实际情况，多做实验和计算，就一定能设计出性能优良的填料塔，为生产和环保事业做出贡献。
希望我讲的这些能让您对填料塔的计算公式有更清楚的了解，在实际应用中少走弯路，提高工作效率和质量！。
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◎:有效厚度；
查表《化工设备机械基础》表8-7[a-r=170MPa
pc：取塔体得设计压力,0、11MPa
焊缝为双面焊，局部射线检测,0=0、85
Ci=1mm
C? =0 mm
代入数据到式(4-2)得:名义厚度：J;r=J + C + A = 2 mm
按最小厚度3min要求取◎二6mm
2)封头得强度计算
设计题目:
例：精憎塔（DN18OO）设计
2
2、1设备得总体设汁与结构设计
(1)根据《化工原理》课程设计，确定塔设备得型式(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)根据介质得不同，拟定管口方位；
(4)结构设计，确定材料。
2、2设备得机械强度设计计算
(1)确定塔体、封头得强度计算。
接管:20底座:Q235-B
塔盘:16MnR法兰:16MnII
（材料得许用应力按照《化匸设备机械基础》表&7查并列表）
2）塔盘结构
根据工艺条件、塔体直径，塔盘结构选为单液流分块式塔盘，具体塔盘结构及
尺寸得选取见第十七章第三节（p430-438）o（自选）
3）工艺接管
接管得选取根据介质流量，参照GB12771-91,接管得选取如下表：
《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
1.设计任务书2
2.设计参数与结构简图4
3.设备得总体设计及结构设计5
四•强度计算7
5.设计小结13
6.参考文献、、14
一、设计任务书
根据《化工原理》课程设汁工艺计算内容进行填料塔（板式塔）设计。各个同 学按照自己得工艺参数确定设讣题山填料塔（板式塔）DNXXX设计。
3
3、1《化工原理》课程设计塔工艺计算ห้องสมุดไป่ตู้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、
8）手孔设置
手孔选取同上，例:本设计•中选用不锈钢板式平焊人孔（仅限凸面），公称压力0、6MPa,公称直径150mm,标准号为HG20597-95。
9）视镜与液位计得选取
视镜与液位计得选取根据《化工设备机械基础》表11-9、表11-11选取
10）焊接接头形式与与焊接材料得选取
焊接接头形式得选取参照《化工设备机械基础》第十四章第二节（p367-377）,标准为HG20583-199&A、B类焊接接头按照HG20583-1998中DU4Q类焊接接 头按照HG20583-1998中G2,带补强圈D类焊接接头按照JB/T4736-2002中C,
焊接材料得选取参照第十四章《化工设备机械基础》第四节（p379-382）,标准
GB/T5117-95、GB/T5118-95 GB/T983-95
焊接接头得检验《化工设备机械基础》笫十四章笫三节（p378）
11）压力容器类别得划分
压力容器类别得划分按《压力容器安全技术监察规程》，本设计塔器为低压 分离设备,介质为易燃、中毒危害介质，故划分为一类压力容器。
四、强度计算
1、塔体壁厚计算
塔体圆筒体壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式5-1
计算壁厚:6 =
式中J:塔体得理论计算壁厚am
pc：塔体得计算压力,MPa
Di：塔体内径,mm [o-y:钢板在设计温度下得许用应力,MPj
0：焊接接头系数;
6M-C;
式中氏:名义厚度；
G:腐蚀裕量；
C2：钢板负偏差；
2、根据化工工艺计算,确定塔板数目（或填料高度）。
3、根据介质条件得不同，拟定管口方位。
（画出俯视管口方位）
4、结构设讣,设备法兰得型式及尺寸选用，管法兰等零部件选型。
1）零部件材料得选取
根据塔器使用条件（介质得腐蚀性、设计压力、设计温度）、材料得焊接性能、 零件得制造工艺及经济合理性进行选材：
塔体:16MnR封头:16MnR
(2)各种开孔接管结构得设计，开孔补强得验算。
(3)设备法兰得型式及尺寸选用;管法兰得选型。
(4)裙式支座得设计验算。
(5)水压试验应力校核。
2、3完成塔设备装配图
(1)完成塔设备得装配图设计,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、明细表与标题栏。
在沸器回流管法兰
HG20594法兰SO500-U0MFM28
16MnII
5）法兰密封垫片得选取
法兰密封垫片得选取参照《化工设备机械基础》表10-30
6）裙座选取
裙座得选取根据参照《化工设备机械基础》图17-21确定裙座各尺寸。
7）人孔设置
人孔得选取根据筒体直径与公称压力参照《化工设备机械基础》表11-1与 表11-6,例:本设计中选用带颈平焊法兰人孔，公称压力l、0MPa,公称直径500mm,标准号为HG20594-95 o
名称
进料管
塔顶回流管
塔底出料管
塔顶蒸汽管
再沸器回流管
公称直径
（mm）
80
80
80
450
500
4）压力容器法兰与接管法兰
压力容器法兰得选取按照《化工设备机械基础》选JB/T4700〜4707-2000标
准。（按照《化工设备机械基础》（p263）写出选取过程）
容器法兰选取结果如下表：
设备法兰
MFM1800-0、25JB/T4703-2000
(封头得设计参照笫八章笫二节P175-185)。
塔体封头壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式7-1
材料16MnR
管法兰选取结果汇总:
进料管法兰
HG20594法兰SO80-1.0MFM18
16MnII
塔顶回流管法兰
HG20594法兰SO80-1.0MFM18
16MnII
塔顶蒸汽管法兰
HG20594法兰SO80-1.0MFM18
16MnII
塔底出料管法兰
HG20594法兰SO450-U0MFM28
16MnII
[□] JB/T4710-2005.钢制塔式容器[S].
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设讣说明书中公式、内容等应明确文献出处;装配图上应写明引用标准号。
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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）。
图1塔结构简图
三、设备得总体设计及结构设计
1、根据《化工原理》课程设计，确定塔设备得型式（填料塔、板式塔）。