板式塔设备机械设计资料
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
板式塔设备机械设计完整版
板式塔设备机械设计 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】1板式塔设备机械设计任务书设计任务及操作条件试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计已知条件为：塔体内径mm D i 2000=，塔高m 30，工作压力为MPa 2.1，设计温度为300℃，介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用16MnR ，裙座选用A Q -235。
设计内容（1）根据设计条件选材；（2）按设计压力计算塔体和封头壁厚； （3）塔设备质量载荷计算； （4）风载荷与风弯矩计算； （5）地震载荷与地震弯矩计算； （6）偏心载荷与偏心弯矩计算； （7）各种载荷引起的轴向应力；（8）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； （9）塔体水压试验和吊装时的应力校核； （10）基础环设计； （11）地脚螺栓计算； （12）板式塔结构设计。
.设计要求：（1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（A3图纸）2塔设备已知条件及分段示意图按设计压力计算塔体和封头厚度塔设备质量载荷计算风载荷与风弯距计算偏心弯距最大弯距圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核地脚螺栓计算4计算结果总汇1按设计压力计算塔体和封头厚度4后记本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。
计算量比较大，计算公式繁琐，数据比较大。
在计算过程中遇上一些参数是需要从书本的图或表格中查找出，有些数据还需要结合我们的理论课的书本来查找相关系数。
在设计的过程中，我们都会遇到各种各样的问题，但是大家一起努力工作的同时，对不懂的问题进行讨论之后，把遇到的问题都解决了。
只要把大家的力量聚集起来，就没有解决不了的问题。
这次课程设计让我们感受到，工程类的设计是多么的有特色，数据查找难，计算量大，公式繁琐。
最后感谢老师的指导，组员的帮助，其他舍友以及其他同学的共同努力，让本次课程设计顺利完成。
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。
第六章 塔设备的机械设计(3)
J J J J M max m0 g FvJ J t w 0.6 K [ ] w 2 0.785Dit Ses 3.14 Dit Ses
③裙座与塔体搭接焊缝的验算 J－J截面处搭接焊缝的剪应力按下列两式之一验算：
J J J J m0 g FvJ J M max 0.8K[ ]tw Aw Zw
J J J J mmax g 0.3M w Me 0.72K s Aw Zw
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2015-6-4
基础环的厚度须满足σbmax≤Ra，Ra为混凝土基础的 许用应力。 基础环上无筋板时，基础环厚度的计算公式为：
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2015-6-4
6.1 塔体与裙座的机械设计
b max s b＝1.73 b b
基础环上有筋板时，基础环的厚度按下式计算：
s b＝
b
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2015-6-4
6.1 塔体与裙座的机械设计
如基底为危险截面时应满足下列条件：
操作时
水压试验时
m0 g F M Zsb Asb
0-0 max
00 v
KB，K s
t
min
0.3M 0-0 mmax g w ＋M e KB，0.9K s min Zsb Asb
2015-6-4
6.1 塔体与裙座的机械设计
圆整后地脚螺栓的公称直径不得小于M24。 4）裙座与塔体的连接 ①裙座与塔体连接焊缝结构 a、对接焊缝
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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
第六章-塔设备的机械设计PPT参考课件
二、 液体再分布器
当液体流经填料层时，液体有流向器壁造 成“壁流”的倾向，使液体分布不均，降低了 填料塔的效率，严重时可使塔中心的填料不能 润湿而成“干锥”。因此在结构上宜采取措施， 使液体流经一段距离后再行分布，以便在整个 高度内的填料都得到均匀喷淋。
在液体再分配器中，分配锥是最简单的，如 图6-25(a)所示，沿壁流下的液体用分配锥再将 它导至中央。
截面大致相等； (3)槽板扁钢条之间的距离约为填料外径的60％～80
％； (4)栅板可以制成整块的或分块的。
32
33
34
第四节 塔体与裙座的机械设计
一 塔体厚度的计算 自支承式塔设备一般都很高，且承受多种载
荷的作用。塔体除应满足强度条件外，还需满 足稳定条件。 1．按计算压力计算塔体及封头厚度 按第4章“内压薄壁圆筒与封头的强度设计” 的有关规定，计算塔体及封头的有效厚度S。 和S<a,
第六章 塔设备的机械设计
第一节 概述
塔设备可划分为板式塔和填料塔 塔设备的机械设计要求做到： ①选材立足国内； ②结构安全可靠，满足工艺要求； ③制造、安装、使用、检修方便。
1
第二节 板式塔
2
3
4
填料塔和填料
5
6
一、 总体结构
1.塔体与裙座结构 这是所有塔设备的基本工作结构和支撑结构。 2．塔盘结构 这是塔设备完成化工过程和操作的主要结构部分。它包括塔盘板、
9
10
降液管的结构有弓形和圆形两类
图6-3 一般圆形降液管
图6-4 带有滋流堰的圆形降液管
பைடு நூலகம்
图6-5弓形降液管结构
图6-6弓形降液管的液封槽
11
2．分块式塔盘
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1 板式塔设备机械设计任务书
1.1 设计任务及操作条件
试进行一蒸馏塔与裙座的机械设计
已知条件为：塔体内径mm D i 2000=，塔高m 30，工作压力为MPa 2.1，设计温度为300℃，介质为原油，安装在广州郊区，地震强度为7度，塔内安装55层浮阀塔板，塔体材料选用16MnR ，裙座选用A Q -235。
1.2 设计内容
（1）根据设计条件选材；
（2）按设计压力计算塔体和封头壁厚； （3）塔设备质量载荷计算； （4）风载荷与风弯矩计算； （5）地震载荷与地震弯矩计算； （6）偏心载荷与偏心弯矩计算； （7）各种载荷引起的轴向应力；
（8）塔体和裙座危险截面的强度与稳定校核； （9）塔体水压试验和吊装时的应力校核； （10）基础环设计； （11）地脚螺栓计算； （12）板式塔结构设计。
1.3.设计要求：
（1）进行塔体和裙座的机械设计计算； （2）进行裙式支座校核计算； （3）进行地脚螺栓座校核计算； （4）绘制装备图（A3图纸）
2 塔设备已知条件及分段示意图
已知设计条件
分段示意图
塔体内径i D 2000mm
塔体高度H 30000mm 设计压力P 1.2MPa 设计温度t
300℃ 塔 体
材料
16MnR 许用应力
[σ]
170MPa [σ]t
144MPa
设计温度下弹性模量E
MPa 51086.1⨯
常温屈服点s σ 345MPa 厚度附加量C 2mm 塔体焊接接头系数φ
0.85
介质密度ρ 3/800m kg
塔盘数N
55 每块塔盘存留介质层高度w h
100mm 基本风压值0q 500N/㎡ 地震设防烈度 7度 场地土类别 II 类 地面粗糙度 B 类 偏心质量e m 4000kg 偏心距e 2000mm 塔外保温层厚度s δ 100mm
保温材料密度2ρ 3/300m kg
材料 Q235-A 裙 座
许用应力t s ][σ 86MPa 常温屈服点s σ 235MPa
设计温度下弹性模量s E
3 塔设备设计计算程序及步骤3.1 按设计压力计算塔体和封头厚度
3.2 塔设备质量载荷计算
3.3 自振周期计算
3.4 地震载荷与地震弯距计算
m
gH
3.5 风载荷与风弯距计算
3.6 偏心弯距
3.7 最大弯距
3.8 圆筒轴向应力校核和圆筒稳定校核
3.12 地脚螺栓计算
3.13 计算结果
4 计算结果总汇
1 按设计压力计算塔体和封头厚度
4 后记
本设计的任务是进行一蒸馏塔与裙座的机械设计。
计算量比较大，计算公式繁琐，数据比较大。
在计算过程中遇上一些参数是需要从书本的图或表格中查找出，有些数据还需要结合我们的理论课的书本来查找相关系数。
在设计的过程中，我们都会遇到各种各样的问题，但是大家一起努力工作的同时，对不懂的问题进行讨论之后，把遇到的问题都解决了。
只要把大家的力量聚集起来，就没有解决不了的问题。
这次课程设计让我们感受到，工程类的设计是多么的有特色，数据查找难，计算量大，公式繁琐。
最后感谢老师的指导，组员的帮助，其他舍友以及其他同学的共同努力，让本次课程设计顺利完成。
5 设计图纸
见附图
6 参考文献
[1] 蔡纪宁.张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出版社.2000 .6,63~64
[2] 陈国桓.化工机械基础.第二版.北京：化学工业出版社.2006.1,169~171
[3] 陈国桓.化工机械基础.第二版.北京：化学工业出版社.2006.1,125~125
[4] 蔡纪宁.张秋翔.化工设备机械基础课程设计指导书.北京：化学工业出版社.2000 .6,85~85
[5] 路秀林.王者相主编.化工设备设计全书塔设备.北京：化学工业出版社.2004 .1,324~327
7主要符号说明
系数，按GB150相关章节，壳体和裙座质量，
塔设备壳体内径，内体质量，
基础环内径，保温材料质量，
塔设备壳体直径，平台扶梯质量，
基础环直径，操作时塔内物料质量，
裙座壳体外直径，塔设备第i段的操作质量，
塔顶管线外径，距地面处的集中质量，偏心质量中心至塔设备中心线距离，塔设备的当量质量，设计温度下材料的弹性模量，任意计算截面i-i的基本振型地震弯矩，
风压高度变化系数底截面0-0出的地震弯矩，塔设备底截面处的垂直地震力，任意计算截面I-I处的风弯矩，
塔设备任意计算截面处垂直地震力，底截面0-0处的风弯矩，
集中质量引起的基本振型水平地震
力
任意计算截面I-I处的最大弯矩，
重力加速度，取基本风压值，
塔设备高度，基础环计算厚度，塔设备顶部至第i段底截面的距离，圆筒的有效厚度，
塔设备第i段顶截面距地面的高度，分头的有效厚度，
塔设备第i段集中质量距地面高度，裙座的有效厚度，
地i段、第i-1段的截面惯性距，圆筒的名义厚度，
载荷组合系数，取封头的名义厚度，
体型系数，裙座的名义厚度，
笼式扶梯当量宽度，管线保温层厚度，
操作平台当量质量，塔设备第i段保温层厚度，
第i计算段长度，由内压和外压引起的轴向应力，操作平台所在计算段的长度，重力及垂直地震力引起的轴向应力，
人空、接管、法兰等附属件质量，最大弯矩引起的轴向应力，
偏心质量，试验压力引起的周向应力，
塔设备操作质量，设计温度下圆筒材料的许用轴向压应力液压试验时，塔设备内充液质量，试验介质的密度，。