φ2800洗苯塔设计（全套CAD图+说明书+开题报告+翻译）
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苯塔设计 摘要 : 本设计是填料塔， 因填料塔较其他类型塔有如下优点：结构简单，塔板效率较高，成本低，安装维修方便等。该设计的 重点与难点是洗苯塔的结构设计、强度校核、相关制造工艺的编制、 工艺流程图的绘制，塔的施工图设计包括总装配图和若干零件图 。 该设计主要是洗苯塔的主要技术参数的选定，以及主体构件的设计。并且对筒体、封头和裙座等部件都进行了强度的设计校核和开孔补强的计算。另外该设计还涉及筒体、封头等部件材料的计算选取及焊接材料的选用。 关键词 ：填料塔 设计 苯回收 is of of is of a of is of as as of on of of to 录 引 言 . 1 第一章 结构设计 . 3 料 . 3 料层的高度 . 4 内件及附件的选择 . 4 料支承装置的选择 . 4 体再分布器 . 6 沫器的选择 . 6 吊柱的选择 . 6 孔的设计和选择 . 8 管的选择 . 9 管法兰的选择 . 10 力容器法兰的选择 . 10 座的设计 . 11 第二章 填料塔的强度、刚度和稳定性计算 . 12 了解设计条件以及选材 . 12 计算筒体和封头厚度 . 12 荷分析 . 13 震载荷与地震弯矩的计算 . 13 振周期的计算 . 14 载荷与风弯矩的计算 . 15 心质量 . 18 大弯矩的计算 . 18 算塔设备质量载荷 . 18 度校核 . 20 筒轴向力校核和圆筒稳定校核： . 20 . 22 . 24 础环和地脚螺栓设计及校核 . 25 板设计及校核 . 29 板设计及校核 . 29 座与塔壳的对接焊缝 . 30 第三章 开孔和开孔补强设计 . 31 孔补强结构 . 31 强圈补强 . 31 体补强 . 31 号 . 31 用的 开孔范围 . 33 另行补强的最大开孔直径 . 33 体开孔补强的要求 . 33 压容器 . 34 压容器 . 34 盖开孔补强的要求 . 34 效补强范围及补强面积 . 35 效补强范围 . 35 强面积 . 35 强方法判别及补强计算 . 36 管 a 的计算 . 36 管 f 的计算 . 38 管 c 的计算 . 39 管 d 的计算 . 40 人孔开孔处补强 . 41 第四章 洗苯塔的制造、检验和安装 . 42 造上的要求 . 42 备的安装 . 45 备的检验 . 45 参考文献 . 46 谢 辞 . 47 英语论文 . 48 中文翻译 . 60 引 言 炼焦化工是以炼焦煤为原料，经过高温干馏生产焦炭、焦炉煤气及化工产品的工业。而焦炉煤气回收粗苯通常采用洗油吸收粗苯法。 粗苯是由多种芳烃和其他化合物组成的复杂混合物；粗苯的主要组分是苯、甲苯、二甲苯及三甲苯等。此外，还含有一些其他组分。在用洗油回收煤气中的苯族烃时，则尚含有少量的洗油轻质馏分。 洗油吸苯的工艺流程如图 1所示。从焦炉煤气终冷塔来的温度为 25 27的煤气，依次通过串联的洗苯塔，与塔顶喷洒的煤焦油洗油逆流接触，脱出粗苯后，从塔顶排 出。塔底排出含粗苯约 富油，送富油脱苯工序蒸馏脱苯。脱苯后的贫油又送同吸苯工序循环使用。 图 1 焦油洗油脱苯工艺流程 洗油吸苯的主要设备是洗苯塔。洗苯塔的形式有填料塔、板式塔和空喷塔等。空喷塔、板式塔结构简单，造价低，但洗苯效果差，目前国内大型焦化企业已很少采用。现在常用的是填料塔。如图 2 所示，填料塔内设有喷淋装置、填料装置、液体分配锥、气液再分布板和捕雾装置等。填料装置有钢板网、木格栅和花形填料等三种形式。洗苯效果的好坏，关键取决于洗苯塔的结构和塔内填料，因 此选用合适的填料可以提高煤气中苯的回收率，降低生产成本，保证装置长周期运行。洗油通过塔顶的喷淋装置均匀分布于填料表面并与从塔底进入的煤气逆流接触，吸收了煤气中粗苯的富油从塔底排出。脱除粗苯后的煤气，经捕雾装置从塔顶排出。在每段填料间，设有液体分配锥以消除塔壁效应。在塔中段设有气液再分布板，以使沿塔断面气液分布均匀。 图 2 填料式洗苯塔 本次设计的塔是基于衡阳的室外环境，在操作压力为 7000作温度为30的基础上设计的。 第一章 结构设计 料 ： 填料 是填料塔核心件，填料的选用主要依据效率、通量、压降等三个重要的性能参数，其次 应综合考虑 成 品的性能、成型工艺和成本等因素。填料的吸油值、颗粒度、触变性 及 填充量、相对密度、价格等 因素 都会影响到选择。 填料分散装和规整两类，综合上述各影响因素及设计条件，选鲍尔环作为洗苯塔的填料。 表 1用填料 鲍尔环是由值径高度比为 1 的空心圆柱体在侧壁上冲出两层均布交错排列的矩形小窗，冲出的叶片除一端连在该壁上，其余部分弯入环内，围聚于环心，如图所示。我国现行标准规定开孔率取 35%。 图 1鲍尔环 （ a）钢环 （ b）瓷环 填料层效率随塔径填料直径之比值（ D/d） 增加而下降。此处选用 76性如表 1 表 1锈钢环几何特性 料层的高度 填料层分段 液体经过填料层往下流，很容易沿塔壁形成壁流，易造成填料层中气液分布不均，导致设备传质效率低，严重时甚至使塔中心的填料不能被液体湿润而形成 “干锥”。因此，每隔一定高度，需设置液体收集再分布器，即将填料层分层。 对于散装填料，推荐高度见表 1中的 h/T 为层高与塔径比， 所允许的最大填料层高度。 表 1填料 鲍尔环 拉西环 矩鞍环 阶梯环 环矩鞍 h/D 5 10 15 m 6 4 6 6 6 取每层填料高 全塔共分为 五 段。 液体再分布器的安装位置，一般因高于填料层上表面 150 300便能提供足够空间让流体的压力降尽量小而又不至于太影响设备的传质效率。 内件及附件： 料支承装置： 据设计条件，此处选用气液分流型支承板。 因塔径过大，选用分块式栅板需 4 块以上，故选用梁式气液喷射填料支承板作填料支承装置，它比起分块式栅板有较大如下优点：流通截面积较大，通常在 90%到 110%之间；对流体的阻力较小；材料利用率高且可支撑较重的的填料。缺点是结构比较复杂。 图 1承板结构示意图 表 1承板结构 （ 塔径 支承板直径 支承板数 主支承梁数 支承圈宽 支承圈厚 自由截面 ,% 支承板许用载荷，N 2800 2760 16 1 50 14 105 369175 表 1承板波形尺寸 （ 体再分布器 液体经过填料层上下流动时，有沿塔壁形成壁流的趋势。易造成填料层中的流体分布不均，导致传质效率低，严重时甚至使设备中心的填料不能被液体湿润而形成 “干锥”。因此，故每隔一定的高度，需设计液体收集在分布器，即将填料层分层 ，层间设置液体再分布器，使尽可能多的填料能得到均匀喷淋从而尽可能减少径向浓度差。分配锥式是最常 用的液体再分配器，但在本设计中，由于塔径过大，故采用 气液分流型 支撑板，它与液体收集器合二为一。故不应另设液体再分布器。 沫器 在塔内操作气速较大时，可能出现塔顶雾沫夹带，不但造成物料损失、降低塔效率且还污染环境。故需在塔顶设置除沫器。常用的除沫装置有丝网除沫器和折流板除沫器。 丝网除沫器有比表面积大，重量轻，空隙率大和使用方便之优点。尤其是它具有除沫效率高，压力降较小等优点，故在本设计中的除沫器选择，应选用丝网丝除沫器，固定在上下两块栅格板间构成。，丝网层的厚度应遵循工艺条件且通过试验确定，对金 属丝网，当网丝直径为 层密度为 480m 时，在合适的气速下丝网的蓄液厚度约 25 。 此时网层厚度为 100 150 除沫效果最好，故选用 100 标准丝网除沫器。 网与上下栅板分块制作，每一块应可通过人孔于塔内安装。 吊柱 所设计的吊柱方位及回转半径 S 的应能使使吊柱经过人工推转，使吊钩垂线转到人孔正上方，还可使吊钩垂线转到平台外，以便将塔内零件从塔平台外场地上吊到塔平台上人孔上方或完成相反操作。故吊柱之方位设计时首先应考虑人孔的方向。人孔 方向应由管道专业根据设备的管线布置和配管要求来确定。 图 1柱 表 1吊柱的主要结构参数 S（ L(H( (mmR(E(重量 1200 3400 1000 219 10 1000 300 1000G/T 21639 标准规定的吊住结构见图 1要的参数见表 1 吊杆才料为 20 无缝钢管，其他材料取 座垫板材料与塔体材料相同。吊柱下端支承结构椭圆形。 吊柱以整根管子作为计算依据。若管子长度不够需悍接时，应符合 以下要求： 1只可焊接一处。 2拼接位置只能在下图所示 ， E 至 3. 焊接结构按图所示。焊缝系数取为 图 1板： 用管子制作的的吊柱均焊有端封板，以防雨水灌入引发锈蚀。封板上方开 30的孔。 吊钩：常用的吊钩有三种形式，以圆钢弯成 结构如图 1 图 1孔的设计和选择 根据国家行业标准钢制手孔和人孔 ，此处选用“回转盖板式平焊法兰人孔（ 21516” ，其结构形式及相关参数选择如下图所示： 人孔 管 气体的进口管与出口管：取 管； 液体的进口管：取 液体出塔：取 表 1管参数 （ 结构类型 dN S1 S2 a b c 2 直管式 125 132 4 159 6 15 125 55 6 150 200 150 15919 6 25 150 70 6 150 200 结构类 dN S1 2 型 弯管式 125 133 4 219 6 400 150 200 150 15819 6 500 150 200 管法兰的选择 参照中华人民共和国行业标准 处选用标准突面式平焊钢制管法兰，其结构形式及主要尺寸如图 1 图 1标准突面板式平焊钢制管法兰 表 1准突面板式平焊钢制管法兰主要尺寸 (力容器法兰 由中华人民共和国行业标准压力容器法兰分类与技术条件 （ 4700,根据实际情况，于此处选用乙型平焊法兰 表 1型平焊法兰主要尺寸 （ 由 4701定法兰结构和尺寸：选直径为 2800法兰。垫片选石棉或石墨填充式的缠绕垫片，许用温度为 450，材料为 16件。螺柱材料为 35母材料为 45，使用温度为 400 密封形式用凹凸面密封，其形式如图 1示： 图 1 凹凸面密封 座 塔体常采用裙式支承，裙座形式应根据载荷情况分圆筒形和圆锥形 两大类，圆筒形裙座方便制造且经济合理，故选用圆筒形。 裙座的构建有排气孔、裙座筒体、地脚螺栓座、基础环、引出管通道、保温支承圈、人孔等。 裙座材料选用 座直径与塔体下封头外径应相等，焊缝采用全熔透的连续焊。具体结构见图纸。 第二章 填料塔的强度、刚度和稳定性计算 了解设计条件以及选材 按照塔的设计压力，设计温度和介质等条件，参照过程设备设计的附录 D，可确定容器所选材料为 B。 计算筒体和封头厚度 （一）根据设计压力及液体静压力确定计算压力： 塔内液柱高度 仅仅考虑液封盘液面至塔底的高度 h = 静压力 610 = = 计算压力 0 . 1 0 8 0 . 2 0 7 5p p 二）圆筒厚度： 承受内压的圆筒：计算厚度 Ct iC 2查 温度为 30时， 13 在制造中，采用双面焊的全熔透对接接头，局部无损检测，由过程设备设计表 4焊接接头系数 为 t 、 值代入上式得： 0 . 3 1 5 5 2 8 0 0 4 . 6 02 1 1 3 0 . 8 5 0 . 3 1 5 5 圆筒设计厚度： 2d C21 其中 2C 为腐蚀裕量，在无特殊腐蚀的情况下，对低合金钢和碳素钢， 2C 至少取 1取 2C =3 12 3 0 . 8 3 . 8C C C m m 圆筒的设计厚度：2 4 . 6 3 7 . 6d C 1C 为钢材负偏差，当钢板厚度超过 5取 1C =名义厚度1向上圆整至钢材标准厚度，即标注在图上的厚度。 故1 7 . 6 0 . 8 8 . 4 圆整至 12 圆筒的有效厚度e=n12 （ 三）封头厚度： 封头厚度计算公式： 0 . 3 1 5 5 2 8 0 0 4 . 5 92 1 1 3 0 . 8 5 0 . 5 0 . 3 1 5 52 0 . 5t 名义厚度h+C = 圆整至 12 封头有效厚度 C =12 荷分析 震载荷与地 震弯矩的计算 地震对设备的震动既有水平方向震动，又有竖直振动。因此，作用在设备上的既有水平地震力，也有垂直地震力。据 89标准，必须对建筑物本身进行抗震验算。 首先，取计算截面（包括危险截面）。本设计将全塔分为 5段。要验算的截面有 01234中 012综合影响系数 C 。 据 过程设备设计表 7于第二组的场地土类型， 设防烈 度为 7时， 据 表 7 地震影响系数是由场地土的特性周期及塔的自振周期由分析设计方法确定，且不得小于 m TT g = 0 . 9 m a 3 0 . 0 8 0 . 0 3 8 0 . 2 0 . 0 1 60 . 6 8 设等直径、等壁厚塔设备的任意截面 距地面的高度为 h ，基本振型在截面 处和底部截 面 0 00 101635E I m g H 3 . 5 2 . 5 3 . 51 1 . 58 ( 1 0 1 4 4 )175II m h H 当 H/D 15或 H 20需考虑高振型的影响，在进行稳定和其他验算时，可按如下公式来计算 M 危险截面处的弯矩如下： 截面 0 0 0 0 0 10161 . 2 5 1 . 2 5 35E E I m g H C =5162950 82 1 0 .N m m 截面 1 1 1 1 1 3 . 5 2 . 5 3 . 510 112 . 581 . 2 5 1 . 2 5 1 0 1 4 4175E E I C H H h 3 . 5 2 . 5 3 . 52 . 58 0 . 0 3 8 7 0 7 1 2 . 1 5 9 . 8 11 . 2 5 0 . 5 1 0 3 2 9 5 0 1 4 3 2 9 5 0 4 5 0 0 4 4 5 0 01 7 5 3 2 9 5 0 81 1 0 .N m m 截面 2 2 2 2 2 3 . 5 2 . 5 3 . 510222 . 53 . 5 2 . 5 3 . 52 . 5881 . 2 5 1 . 2 5 1 0 1 4 41758 0 . 0 3 6 7 0 7 1 2 . 1 5 9 . 8 11 . 2 5 0 . 5 1 0 3 2 9 5 0 1 4 3 2 9 5 0 9 0 0 0 4 9 0 0 01 7 5 3 2 9 5 02 . 3 1 1 0 I C H H h m m 振周期的计算 在不考虑操作平台和外部管路的限制作用时，对于等径、等厚的塔，质量沿高度均布，则计算模型可简化悬臂梁。 由 1998 等径、等厚压力容器基本自振周期计算式： 30139 0 . 3 3 1 0 0 . 7 5 ( ) 其中 H 为高，e为有效厚度， E 为设计温度下材料的弹模 其中 E= 52 1 0 M p a 。 载荷与风弯矩 塔分为四段来计算塔所受的风载荷与风弯矩。据化工设备机械基础课程设计指导书中所述 : 设备中第 21 610 当笼式扶梯与塔顶管线成 180时， 22 043 当笼式扶梯与塔顶管线成 90时 , 22 04 432 mm，824 2i 计算 段风振系数， 对于塔高 H ，则按公式2 1 i z ii f 计算； 表 5 7可得： 1 2 3 41 . 0 0 , 1 . 2 5 , 1 . 4 2 , 1 . 4 2f f f f 2201 3 5 0 0 . 7 5 1 9 6 . 8 8 , 查表 5 8： = ii 段的脉动影响系数，查表 5 9得：1 2 3 40 . 7 2 0 . 7 9 0 . 7 9 0 . 8 5 ， ， ，i 段的振型系数，由 /u 查表 5 10得：1 2 3 40 . 0 7 , 0 . 5 7 , 0 . 8 6 , 1 . 0 0z z z z 3确定数据时，取3K=400 402 ； A 段操作平台构件的竖直射影（不计空挡）， 2 i 计算段长度， 1l=4500l=18000l=5000l=5450 0 01l=45002l=180003l=50004l=5450 02查化工设备机械基础相关表格， 衡阳地区为 350 2/ i 段保温层厚度， 0m； 0000 ； i 段风力的水平分量， N； i 段迎风面有效外径， m； 1于细长圆柱型筒体，体型系数取 风弯矩与风载荷计算： 01 段 ： n =1, 5402 2 9 1 0 4004500AK m , 4224 , 6 . 9 0 . 2 13 2 . 9 5， 22 . 0 4 0 . 7 2 0 . 0 71 1 1 . 1 01 . 0 0i z ii f , 61 2 0 1 0 0 . 7 1 . 1 0 3 5 0 1 . 0 0 4 . 5 4 . 2 2 4 5 1 2 3i i i i e K q f l D N 12 段 ： n =4， 5402 2 4 9 1 0 40018000AK m ， 3924 3 . 9 0 . 7 33 2 . 9 5，22 . 0 4 0 . 7 9 0 . 5 71 1 1 . 7 31 . 2 5i z ii f ， 61 2 0 1 0 0 . 7 1 . 7 3 3 5 0 1 . 2 5 1 8 3 . 9 2 4 3 7 4 2 2i i i i e K q f l D N 23 段： n =1， 5402 2 9 1 0 3605000AK m ， 41132 . 0 4 0 . 7 9 0 . 8 61 1 1 . 9 81 . 4 2i z ii f ， 2 8 . 4 0 . 8 63 2 . 9 5 61 2 0 1 0 0 . 7 1 . 9 8 3 5 0 1 . 4 2 5 4 . 1 1 3 1 4 1 6 6i i i i e K q f l D N 3顶： n =0，402 =0mm，824mm，22 . 0 4 0 . 8 5 1 . 01 1 2 . 2 21 . 4 2i z ii f ，61 2 0 1 0 0 . 7 2 . 2 2 3 5 0 1 . 4 2 5 . 4 5 3 . 8 2 4 1 6 0 9 6i i i i e K q f l D N 查 1998，任意截面 处的风弯矩计算式： 121 2 1( ) ( ) . . . . . . . 2II i i iW i i i i i il l P l P l l N m m 塔设备 0面的风弯矩计算公式： 00 3121 2 1 3 1 2( ) ( ) . . . . . . 2W P l P l l N m m 0面 的风弯矩为： 0094 5 0 0 1 8 0 0 0 5 0 0 05 1 2 3 3 7 4 2 2 ( 4 5 0 0 ) 1 4 1 6 6 ( 4 5 0 0 1 8 0 0 0 )2 2 254501 6 0 9 6 ( 4 5 0 0 1 8 0 0 0 5 0 0 0 )21 . 3 6 1 0 1 11 3242 3 2 4 2 39( ) ( )2 2 21 8 0 0 0 5 0 0 0 5 4 5 03 7 4 2 2 1 4 1 6 6 (1 8 0 0 0 ) 1 6 0 9 6 (1 8 0 0 0 5 0 0 0 )2 2 21 . 0 4 1 0 P l P l 2 22 3 43 4 385 0 0 0 5 4 5 0( ) 1 4 1 6 6 1 6 0 9 6 ( 5 0 0 0 )2 2 2 21 . 6 0 1 0Wl P 心质量 心质量引起的弯矩计算式为： m 其中 e 为塔设备重心与心线的距离； 本塔未悬挂附属设备，故重心在中心线上，即 e=0，故m 0 大弯矩的计算 塔设备任意危险截面 I I 的最大弯矩按下式计算： m a x 0 . 2 5 I M 取其中最大值 计算如下： 0 00 = 0 N ， 0 0 0 00 . 2 5E W M= 0 N ，00= 0 N ； 1 11 0 N ， 1 1 1 10 . 2 5E W M 0 N ，110 N ； 2 22 0 N ， 2 2 2 20 . 2 5E W M0 N ，220 N 。 算塔设备质量载荷 （一）塔体 、裙座质量01m； 塔体总高 , 由化工设备机械基础课程设计指导书表 4内径为公称值径的椭圆封头形式与尺寸，知内径为 标
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