吸收塔塔体和裙座的课程设计.doc

课程设计题 目 学 院 专 业 班 级 学 生 学 号 指导教师 二一五年 一月 十日II目 录1. 前言12. 设计概述13. 塔体选材24. 按设计压力计算筒体和封头壁厚24.1 筒体壁厚24.2 封头壁厚25. 各种载荷计算35.1 设备自重35.1.1 塔体重35.1.2 内构件重35.1.3 保温层重55.1.4 平台重65.1.5 物料重65.1.6 附件重65.1.7 充水重65.2 风载75.2.1 各段风载75.2.2 各段风弯矩105.2.3 地震载荷116. 各载产生的轴向应力146.1 设计压力产生的轴向应力146.2 操作重量产生轴向压应力146.3 最大弯矩产生的轴向应力157. 按组合轴向应力验算塔体和裙座壁厚167.1按轴向拉应力验算筒体壁厚167.2按组合轴向压应力验算筒体和裙座壁厚167.3验算水压试验应力167.3.1强度验算178. 基础环设计178.1选取基环直径178.2基础环厚度计算189. 地脚螺栓直径的计算199.1底座环上最大拉应力1910. 焊缝结构设计19结论19参考文献20 III1 前言 塔设备的设计和选型是建立在对循环吸收工段、精制工段流程的模拟、优化的基础上。在满足工艺要求的条件下，考虑设备的固定投资费用和操作费用，进行进一步模拟计算、设计和选型。设计主要包括工艺参数设计、基本参数设计和机械设计。工艺参数设计对该塔的生产能力、分离效果、物料和能量等操作参数作了设计；基本参数设计部分完成了塔设备的选型、填料的选型和参数设计塔板负荷性能校核等内容的设计。在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。塔设备操作性能的优劣，对于整个装置的产品产量、质量、成本、能耗、“三废”处理及环境保护等均有重大影响。其作用实现气液相或液液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的过程。它广泛用于蒸馏、吸收、萃取、等单元操作，随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型设计将越来越受到关注和重视。 2 设计概述吸收塔是实现吸收操作的设备。操作时，从塔顶喷淋的液体吸收剂与由塔底上升的气体混合物在塔中各层填料或塔盘上密切接触，以便进行吸收。伴有化学反应的吸收叫化学吸收。按吸收时气液作用方式吸收塔可分为表面式、膜式、喷淋式和鼓泡式等。一般塔设备的高径比较大，要承受地震、风、偏心以及内压等载荷，为保证塔设备的安全可靠运行，其安装基础非常重要，必须进行可靠、合理的设计。裙座是指在设备下部一圈焊接支撑筒体。为了增加设备的稳定性降低地脚螺栓和基础环支承面上的应力，可采用圆锥裙座。裙座直接焊在塔釜封头上，可采用对接焊缝，此焊缝应予以修磨，特别是低温塔及高寒地区的室外自支撑塔，为了减少应力集中，不得采用加高焊缝的结构，对较高或细长的塔，焊缝应进行探伤检查。采用此结构时，若裙座与封头等厚，封头切线至裙座顶之距离h可查有关设计规定。搭接焊缝因承受剪切载荷，受力情况差，只是因为安装方便，才在一些小塔或焊缝受力较小的情况下采用。由于裙座与介质不直接接触，也不承受容器内的介质压力，因此，不受压力容器用材所限，可选用较经济的普通碳素结构钢。此外，裙座的选材还应考虑到载荷、塔的操作条件，以及塔釜封头的材料等因素，对于室外操作的塔，还得考虑环境温度。常用的裙座材料为Q235F和Q235。因Q235F有缺口敏感及夹层等缺陷，故此仅能用于塔在常温操作、裙座设计温度高于-20、且不以风载荷确定裙座壁厚的场合。当裙座设计温度等于或低于-20时，裙座筒体材料应选择16Mn，而且材料应具有在相应温度下必保的冲击韧性指标。裙座往往有保温或防火层，这时裙座材料应考虑到保温或防火层敷设的具体情况塔釜封头的材料为低合金钢或高合金钢时，裙座顶部应增设与塔封头相同材料的短节；操作温度低于O或高于350时，短节长度按温度影响范围确定，当不作这项计算时，短节的长度一般取其为保温层厚度的4倍，而且不小于500mm；。3 塔体选材据工作压力0.5MPa，工作温度常温，属于低压常温。工作介质微腐，故选Q235-A。4 按设计压力计算筒体和封头壁厚4.1 筒体壁厚设t=113MPa P设计压力，应略大于工作压力 用单面对接焊，局探， 则 查 取 查t无变化，故合适。4.2 封头壁厚 采用标准椭圆形封头，取封头壁厚为10mm。5 各种载荷计算5.1.设备自重5.1.1塔体重m15.1.2内构件重塔中填料重为1500kg，所以内构件: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(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。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。(4)自身梁 一种防止弯曲的手段。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。通道板 无自身梁弓形板 弦边为自身梁结构(4)塔板的连接与紧固A、固定件 焊在塔壁上B、紧固件 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。 弓形板与支持圈靠卡板、楔子紧固。5.1.3保温层重 取保温层厚度0.1m，密度5.1.4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0.9m，平台自重q=150kg/m35.1.5物料重 操作时物料重11000kg，所以5.1.6附件重各种管口（人孔、接管、法兰）估计取5.1.7充水重以上各载按不同情况组合操作时 水压试验时 安装时 表1 各情况下的重量 （单位：N）m0mmaxmmin2308433048411208395.2风载先确定最危险界面0-0 裙座底部1-1 裙座人孔2-2 裙座与塔体连接处的焊缝3-3 第二人孔下4-4 顶面5.2.1各段风载K1空气动力系数，对于圆形，取0.7K2风振系数，mi高度系数表21距地面高度m20406080100mi0.350.320.260.250.21动荷系数，与塔的自振周期T有关表31自振周期Ts0.250.51.01.522.5345系数11.41.72.02.32.52.73.03.2塔的自振周期T （1）对于0-1段查表1得到mi=0.35查表2 由 得到=1.14所以有设备设计要求基本风压为300Pa,所以q0=300Pa表41 风压高度变化系数距地面高度Hit地面粗糙度类别ABCD51.171.000.740.62101.381.000.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62注1： A类系指近海海面及海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类系指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区 C类系指有密集建筑群的城市市区 D类系指有密集建筑群且房屋较高的城市市区查表4得到高度变化系数0-1段长度有效直径 外径 保温层厚度 扶梯宽度平台宽度 F-水平投影面积，所以有0-1段风载 ( 2 ) 同理，对于1-2段查表4，得到高度变化系数1-2段长度1-2段风载 （3）同理，对于2-3段 查表4，得到高度变化系数2-3段长度2-3段风载（4）同理，对于3-4段查表4，得到高度变化系数3-4段长度3-4段风载表5 各段风载计算段0-11-22-33-4备注K10.7形状系数K21.4风振系数q0300Pa基本风压fi0.740.740.740.84高度系数hi11.87.0510.5各计算高度D有效2.12有效直径Fi461.23830.213251.655497.32各段风载5.2.2 各段风弯矩 5.2.3 地震载荷地震以波的形式向四周传播破坏，对建筑物来说，以水平振动危害较大。（1）作用在单质点上的水平地震力 式中：c形状系数，对钢制圆形容器c=0.5 地震影响系数表61对应于设防烈度值设防烈度789误计基本地震加速度0.1g0.15g0.2g0.3g0.4g地震影响系数最大值0.080.120.160.240.32根据设计地震烈度为6级，查表5得图1塔的自振周期T=0.38s，按二类场地，查图1，得系数0.8故：（2）多质点弹性体系的水平地震力全塔质量不集中于一点，将塔分成几段，求作用在质点K（K段）的震力（由K段振型系数校正，它包括了各i段对K段的影响）。c结构系数 地震系数 kK段振幅系数水平地震力计算简图1（3）地震弯矩截面i-I的震矩为自i以上至n各段震力对其力矩之和因为设计的塔设备是等直径等壁厚的，所以又因为为柔性结构所以（4）最大弯矩在筒体内引起的轴向应力表7 各危险段最大弯矩0-01-12-2MW105384.23295574.479079.102ME 577105258043580.7Mmax 84056.0676473.663350.4766 各载产生的轴向应6.1 设计压力产生的轴向应力6.2 操作重量产生轴向压应力n-人孔个数；d-人孔直径；l-短管长度，l=120mm取6.3 最大弯矩产生的轴向应力同样的弯矩作用于不同的杆件会产生不同的结果，这说明弯曲还与杆的横截面的面积、形状及方向有关。表8 危险截面轴向应力计算值 （单位：MPa）0-01-12-2备注18.8518.8518.85内应力6.036.036.03重载力6.07.84.8弯矩力7 按组合轴向应力验算塔体和裙座壁厚7.1 按轴向拉应力验算筒体壁厚取筒体危险截面2-2，其拉应力强度条件：左边：右边：左边右边，故满足条件。7.2 按组合轴向压应力验算筒体和裙座壁厚（1）验算筒体危险截面2-2的组合轴向压应力，其强度和稳定条件为左边：右边：许用应力为113MPa,而因为10.83113，所以满足条件。（2）验算裙座危险截面1-1轴向压应 所以满足条件。（3） 0-0截面验算所以满足条件。7.3 验算水压试验应力7.3.1 强度验算（1）环向拉应力 因为所以满足条件。（2）最大组合轴向拉应力因为所以满足条件。（3）塔充水后（未加压）最大质量和最大弯矩在壳体中引起的组合轴向压应力因为所以满足要求。8 基础环设计8.1 选取基环直径（1）外径 （2）内径 8.2 基础环厚度计算（1）无筋板时 即取表91 混凝土设计表混凝土标号100150200250300轴心抗压MPa5.58.51114.517.5查混凝土设计表，为使，取得100号混凝土。(2)有筋板时，可增加裙座底部刚性，减薄厚度。 Mg计算力矩。取表101 矩形板力矩计算表0.8-0.1730.07510.9-0.1420.08721.0-0.1180.09721.1-0.09950.1005查表9，得考虑附加量C=2mm取9 地脚螺栓直径的计算9.1 底座环上最大拉应力（由螺栓承担）： 1故取，选螺栓 对底碳钢取10 焊缝结构设计裙座与筒体的连接焊缝采用对接焊。- 22 -结 论设计工作地点在济南的吸收塔，塔高15m，塔径1300mm，工作压力0.5MPa,抗震烈度为6级。通过对这吸收塔塔体和群座的设计，可以得出结论：(1) 根据工作压力和工作介质的要求选用Q235-A的材料。(2) 吸收塔的壁厚可选用10mm，封头选用10mm厚的椭圆形标准封头。(3) 根据轴向拉应力验算筒体壁厚和根据压应力验算筒体和裙座壁厚都满足设计要求。(4)吸收塔水压验算测试满足设计要求参 考 文 献1谭蔚主编. 化工设备设计基础M. 天津大学出版社, 20072王永科, 张晓虹. 乐泰密封粘接技术在化工设备维修中的应用J. 甘肃科技, 2007(06).3黄福川, 吕桂菊, 莫宇飞, 等. 部分港口设备用油(脂)情况的调研J. 润滑油, 2006(03).4韩明山. 化工机械设备的润滑管理和保养J. 中国石油和化工标准与质量,2011(04).5陈宏勋. 管道物料输送于工程应用. 北京:化学工业出版社, 2003:108112.6H Bond. Pressure drop prediction in low-velocity pneumatic conveying J.Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 1952, 81(2): 19.7陈宏勋. 管道物料