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
式中：
—塔内液体流量，m3/h；
—液流收缩系数。近似取 =1。
所以， =×1×2/3=
则 = =
4）降液管的宽度Wd和降液管的面积Af
根据Lw/D=，查图弓形的宽度和面积得：
Wd/D=,Af/AT=
经计算得：
Wd = m
AT= m2
Af= m2
图弓形的宽度与面积
降液管内液体停留时间：
（4-26）
式中:
—液体在降液管内的停留时间，s；
—降液管面积，m2；
—塔板间距，m；
—液体负荷，m3/s。
由上式计算得 =*3600)=
5）降液管底隙高度
降液管底隙高度是指降液管下端与塔板间的距离，以h0表示。降液管底隙高度h0应低于出口堰高度hw，才能保证降液管底端有良好的液封，一般不应低于6mm,即：
降液管底隙高度一般不宜小于20～25mm，否则易于堵塞，或因安装偏差而使液流不畅，造成液泛。
（4-21）
（4-22）
式中：
—气相密度，㎏/m3；
—液相密度，㎏/m3；
V—气相流量，m3/h；
Ｌ—液相流量，m3/h；
（4-23）
式中：
—塔板间距,m；
—板上清液层高度，m。
当表面张力为σ时，用上式进行修正。C20值可由下图查的，也可由曲线回归成方程计算得到。
Smith关联图见图。
图smith关联图
舌形塔板
操作气速大，可增大处理能力，塔盘上无液面落差，持
液量少，故压力降低，塔盘开孔率较大，气液处理量液胶泡沫型塔盘有所提高
液体在塔盘上的停留时间段内，塔板效率低于筛板，舌片尺寸及张角影响塔板效率及操作稳定性
分离要求较低的闪蒸
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。
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
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。
塔设备设计课程设计
塔设备设计课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握塔设备设计的基本原理和方法，能够运用所学知识进行简单的塔设备设计。
具体来说，知识目标包括：掌握塔设备的基本结构和工作原理；了解塔设备设计的基本理论和方法；熟悉塔设备的常用材料和计算方法。
技能目标包括：能够运用CAD等软件进行塔设备的绘图；能够进行塔设备的选型和计算；能够独立完成简单的塔设备设计。
情感态度价值观目标包括：培养学生的创新意识和团队合作精神；增强学生对工程实践的认知和兴趣；培养学生对塔设备设计和制造的热爱和敬业精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括塔设备的基本原理、塔设备的结构设计、塔设备的强度计算、塔设备的材料选择、塔设备的制造工艺等。
具体来说，教学大纲如下：1.塔设备的基本原理：包括塔设备的定义、分类和应用；塔设备的工作原理和性能指标。
2.塔设备的结构设计：包括塔设备的塔体、塔板、塔内件等的设计方法和步骤。
3.塔设备的强度计算：包括塔设备的压力容器强度计算、塔板的强度计算等。
4.塔设备的材料选择：包括塔设备的常用材料、材料的性能和选择原则。
5.塔设备的制造工艺：包括塔设备的制造流程、制造技术和质量控制。
三、教学方法为了实现本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法、实验法等。
具体来说：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握塔设备设计的基本原理和方法。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解塔设备设计的具体应用和注意事项。
3.实验法：通过实验操作，使学生掌握塔设备的制造工艺和质量控制。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的塔设备设计教材作为主要教学资源。
2.参考书：提供相关的塔设备设计参考书籍，供学生自主学习。
3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，丰富教学手段。
4.实验设备：准备齐全的塔设备实验设备，为学生提供实践操作的机会。
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P G
Ⅰ-Ⅰ Ⅱ-Ⅱ Ⅲ-Ⅲ
2020年5月15日星期五
机械设计与表面科学研究室
1）按内压设计壁厚
tn
P Di
2 t
P
C
2）各危险截面的强度校核
（见前页）
3）水压试验时的验算
（各截面）
4）基础环设计
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机械设计与表面科学研究室
4、标准零部件的选择
1）保温圈 2）封头 3）各接管 4）法兰 5）补强圈
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机械设计与表面科学研究室
2020年5月15日星期五
机械设计与表面科学研究室
几点需要说明的问题
1）分组 本次课程设计采取学生自愿组合成组的方
式进行，要求每组2~3名同学，原则上组 内同学来自于一个班级，不允许跨指导教 师。
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机械设计与表面科学研究室
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机械设计与表面科学研究室
1、总体结构设计
1）确定筒体的直径
根据课程设计任务书（指导书P110） 塔径大于800mm塔板分块式，塔体整体焊接
2）确定筒体的高度
（指导书P110工艺尺寸、工艺条件图） 由精馏板数、提馏板数、人孔数、 塔底液位高、支座高等定
3）确定进液、进气、取样口等位置
7 8
9
10 11
12
2020年5月15日星期五
图4.1板式塔
1 2
3 4 5
6 7 8 9
10 11
12
13
机械设图4计.2 与填料表塔面科学研究室
2) 塔的基本结构
1、塔体：筒节、封头、联接法兰等
2、内件：塔板或填料及支承装置
3、支座：裙式支座 4、附件：人孔、手孔、接管、液 体和 气体的分配装置、塔外的扶梯、平台、 保温层等
（2块）
6）人孔 7）吊柱 8）除沫器 9）垫片 10）液面计 11）出料管通道
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机械设计与表面科学研究室
5、提出技术要求
对设备设计、制造、安装、检验等图 纸上还未表示清楚的问题用文字说明。
▪若卧式试压，PT应取立置时的试验压力加 上液柱静液压力
▪可参照指导书P34技术要求或书后样板图 上技术要求
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机械设计与表面科学研究室
6、编写计算说明书
说明书要求及内容
▪要求：10页左右， 右边20~30mm备注
右边空20~30mm
▪内容： 1、首页目录 2、概述、设计依据（任务书） 3、设计步骤1~5的内容 4、主要参考资料 5、小结
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机械设计与表面科学研究室
进气管
a
d
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A-A
R
?6 45°
45°
排气孔 (a)
3-?10 泪孔
机械设计与表面科学研究室
吊耳
2020年5月15日星期五
9
S
R
8
7
φxδ
6
L
5
4 3
e
2
H
l1
h(平台至手柄高 度塔总图表明)与表面科学研究室
8 任务及时间安排
本次课程设计采用分散时间进行 的方式，但必需在设计周完成所有 的设计任务，可在周四和周五二天 内，按组上交设计说明书（不少于 10页）及图纸（A1）。
引出管通道
人孔 M
螺栓柱
R25
排液孔
Dib 基础环
D2
Dob
图4.4 圆锥机形械裙设座计与表面科学研究室
(>1.175)ts
Di
ts
(a)
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(1.6～1.8)ts 2ts
te
Di
te
Di
1.75ts
2ts
ts
(b)
3 ts
(c)
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壳体 下封头 裙座
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封头
筒节
封头 支座
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机械设计与表面科学研究室
2、材料的选择
根据介质、温度、压力等要求确定塔 体各部分的材料。
查阅有关资料，确定选用材料的介质、 温度、压力等使用范围
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机械设计与表面科学研究室
3、计算强度和稳定性
塔设备载荷： 1、内压 2、风载 3、地震载荷 4、设备自重 5、设备内介质 6、设备附件
2）新技术的应用
所设计设备上需要用到的最新研究成果， 如新材料、新方法、新工艺、新部件等， 每组学生需要上网查阅相关的文献资料（ 不少于5篇），该技术需经论证，并应用到 所设计的设备上。
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机械设计与表面科学研究室
3）图纸的生成
图纸全部采用Autocad生成，在读懂参考图纸 的基础上，根据所选择的题目（A,B,C,D）将 自己的设计内容画到样图中（实际上是在样 图上修改），主要包括：设计参数、计算结 果（壁厚、直径、塔板数、管口位置等等） 、结构特征等等内容
过程设备机械设计基础
课程设计讲座—塔设备的设计
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机械设计与表面科学研究室
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机械设计与表面科学研究室
2020年5月15日星期五
机械设计与表面科学研究室
机械设计内容和步骤
1、总体结构设计 2、材料选择 3、计算强度和稳定性 4、标准零部件的选择 5、提出技术要求 6、编写计算说明书 7、绘制图样
DN 塔体
无保温时 的排气孔
dN
裙座 人孔
M
δ
有保温时 的排气管 引出管通道
t 螺栓柱
DC
R25
排液孔
Dib
基础环
D2
Dob
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图4.3 圆筒形裙座
tc ri
W
长圆形人孔
D
圆形人孔
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L H 50 根据工艺条件定
塔体
无保温时的 排气孔
DN
δ
dN
DC
有保温时 的排气管
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机械设计与表面科学研究室
1) 塔设备的分类
塔设备分为：板式塔和填料塔
按操作压力可分为：加压塔、常压塔和减 压塔；
按塔所能完成的单元过程可分为：精馏塔、 吸收塔、解吸塔、萃取塔、反应塔和干燥 塔等等
2020年5月15日星期五
机械设计与表面科学研究室
1 2 3
4 5 6
R K
机械设计与表面科学研究室
m<Dia
Dia
A
A-A
3
2020年5月15日星期五
A
120°
图4.8机械设计与表面科学研究室
h Hh
除沫器
2020年5月15日星期五
D 格栅
短节
H1
A
DS
丝网
封板
机械设计与表面科学研究室
接管
t
P c d2 d1
2020年5月15日星期五
ab
H1(H2)
120
L
机械设图计与4表.面1科0学研究室
7、绘制图样
20
要求完成一张A1 图纸： 筛板塔总装配图
尺寸：594 × 841 mm
20
20
标题栏、明细表、接管表、 技术特性表 见指导书 P7~9
20
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机械设计与表面科学研究室
裙座的结构
2020年5月15日星期五
sc ri
W
长圆形人孔
do
圆形人孔
L H 50
d0 E