dn2400碳化塔设计 毕业设计说明书

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目DN2400碳化塔设计学生姓名XXXX学号XXXXX专业过程装备与控制工程班级装备XXX班指导教师XXXDN2400碳化塔设计摘要碳化工序是氮肥生产的心脏，而碳化塔又是碳化工序的关键设备，所以碳化塔系统在整个生产中占有极为重要的地位。它关系到氮肥生产的各项指标的完成、消耗的高低、质量的优劣，甚至是投资的高低。本次碳化塔设计，主要依据国家质量技术监督局颁发的相关书籍，从结构和强度两个方面，对设备的各零部件做了详细论述。对主要受压元件诸如筒体、封头及冷却管组、非标零部件的厚度进行了详细的计算，并对强度进行了详细校核。对于标准件没有强度计算，但均根据设计条件而选定。对于一些标准上没有给定计算公式的，采用了近似原理。碳化塔中零部件能采用标准件的尽量采用标准件，对于一些非标准件均在安全可靠的基础上采用合理的结构、强度进行设计，并考虑工业的经济性。最后并就设计中常出现的一些问题展开了深入的探讨与研究。关键字碳化塔；计算；校核；补强ABSTRACTCARBONIZATIONPROCESSISTHEHEARTOFTHENITROGENFERTILIZERPRODUCTION,ANDTHECARBONIZATIONTOWERISTHEKEYEQUIPMENTOFTHECARBONIZATIONPROCESSSOTHECARBONATIONTOWERSYSTEMOCCUPIESEXTREMELYIMPORTANTSTATUSINTHEWHOLEPRODUCTIONINRELATIONTOVARIOUSINDICATORSOFNITROGENFERTILIZERPRODUCTION,CONSUMPTIONLEVEL,THECOMPLETIONOFTHEQUALITY,ANDEVENINVESTMENTLEVELTHECARBONIZATIONTOWERDESIGNMAINLYONTHEBASISOFRELEVANTBOOKSISSUEDBYTHESTATEBUREAUOFQUALITYANDTECHNICALSUPERVISION,FROMTHETWOASPECTSOFTHESTRUCTUREANDSTRENGTH,MAKEADETAILEDEXPOSITIONONTHEPARTSOFEQUIPMENTTHEMAINPRESSUREPARTS,SUCHASCYLINDERHEADANDCOOLINGTUBEGROUP,NONSTANDARDPARTSTHICKNESSARECALCULATEDINDETAIL,ANDTHESTRENGTHOFTHEDETAILEDCHECKNOSTRENGTHCALCULATIONFORSTANDARDPARTSWHICHARESELECTEDACCORDINGTOTHEDESIGNCONDITIONSFORSOMEOFTHESTANDARDHAVENOTBEENGIVEN,THEFORMULAOFAPPROXIMATEPRINCIPLEISADOPTEDCARBONATIONTOWERCOMPONENTSCANADOPTSTANDARDPARTSASFARASPOSSIBLEUSINGSTANDARDPARTS,FORSOMENONSTANDARDPARTSAREUSEDINSAFETYANDRELIABILITYONTHEBASISOFREASONABLESTRUCTURE,THESTRENGTHTOCARRYONTHEDESIGN,ANDCONSIDERINGTHEINDUSTRIALECONOMYFINALLYFORSOMEPROBLEMSINTHEDESIGN,CARRIEDOUTINDEPTHSTUDYANDRESEARCHKEYWORDSCARBONATIONTOWERCALCULATIONCHECKREINFORCEMENT目录摘要IABSTRACTII第一章引言1第二章结构选型及材料选材321结构选型3211壳体结构3212封头3213裙座3214除沫器4215人孔4216液面计4217液体分布器4218换热器422材料选材5221受压元件5222非受压元件5223接管及法兰5224焊条型号选择6第三章筒体及封头的设计631壳体厚度计算632封头计算7321封头厚度计算8322椭圆封头最大许用工作压力8323封头尺寸的确定933水压试验及校核9331立置时压力按下式计算9332卧置时的压力应计入液柱静压力PL9333应力校核9334冷却管箱水压试验10第四章塔重量计算1041质量载荷计算10411容器壳体及裙座质量M0110412壳体固定附件质量M0212413容器可卸内件质量M0313414冷排质量14415所需螺母、螺钉及垫片总质量15416碳化塔设备总质量1542碳化塔所受重力载荷计算15421充水重力QW15422水压试验时的最大重量QMAX16423设备操作时的重量16424设备、吊装的最小重量1643塔的自振周期1644风载荷计算18441水平风力计算19442各参数确定20443风力计算系数20444风弯矩计算2145地震载荷计算22451参数的确定22452地震弯矩的计算23453偏心弯矩2346卡曼涡街引起的弯矩计算24461判断是否存在卡曼涡街24462临界风速的计算2547各种载荷总表25第五章应力校核2551塔体壁厚校核（11截面）25511设计压力引起的轴向应力25512按最大组合应力校核筒体壁厚2652裙座的强度计算及校核2653地脚螺栓的计算27531取基础环时27532求向风侧最大拉压力2854基础环的计算28541作用在基础环上的最大压应力28542基础环厚度的计算28第六章冷却管组计算2961管箱短节及壳程短节壁厚的确定29611材料选择29612管箱厚度及长度的确定29613壳程短节厚度的确定2962短节的厚度计算30621壁厚计算30622冷却管组封头的确定30623管子材料选择及型号确定30624管板厚度的确定30625管板强度校核31626法兰的选择32627支承架结构，尺寸的确定32628换热器的排列33629换热器尺寸确定3363碳化塔冷排数的确定34第七章附件设计计算3571气体分布板结构设计3572液体分布器结构设计3573汽液分布板结构设计3574球形挡板结构设计3575分布锥结构设计3576角钢圈、支承环、筋板及支承梁3677碳化塔裙座结构设计36结论37参考文献38致谢40第一章引言农业的发展在很大程度上取决于化肥工业的发展，在化学肥料中氮素肥料占首位。因此，合成氨工业是氮肥工业的基础，对农业增产起着重要的作用，同时氨还是一些工业部门的重要原料。所以氮肥在我国国民经济中占重要地位。这次设计的任务是碳化工段的碳化塔，碳化工段是碳酸氢铵制造过程的心脏部分，而碳化塔系统又是碳化工段的心脏部分。因此碳化塔系统在整个生产中占有极为重要的地位，因为它关系到产量的高低，原材料的利用程度；又由于主要的化学反应，都集中在碳化塔进行，因此，碳化塔又决定了产品质量，即碳酸氢铵的好坏。碳化塔是碳化工段的主要设备，它担负着氨水吸收二氧化碳制成碳酸氢铵的重要任务，碳化塔的反应地段，基本可以分为三个部分塔的上段是净气吸收地段，塔的中段是碳化反应地段，塔的下段是碳酸氢铵结晶生成地段。碳化塔生产的主要反应式是NH3气H2O液CO2气NH4HCO3固氨水二氧化碳碳酸氢铵实际的反应过程是比较复杂的。要经过一系列中间反应。但在碳化塔内的化学反应基本上又可以分为两个过程即二氧化碳与氨的中和过程；碳酸铵溶液继续碳酸化过程。经这两个过程即可制得碳酸氢铵液，同时从这两个过程也可以看出来，在氨吸收塔内已经进行着稀薄的碳酸铵溶液反应，因此在碳化塔内进行的第一过程的反应已部分的被氨吸收塔所取代。因此，缩短了溶液在塔内的反应时间，即加速了结晶的生成，但全部的过程还必须在碳化塔内完成。碳化前进入碳化塔的变换气的成份和体积成份HNCOCOCHO体积50531619263011720051505碳化后去合成氨的原料成份和体积成份HNCOCOCHONH体积65702124033051505019/通过碳化塔进出气成份的对比，可知二氧化碳气体在塔内基本被吸收，根据碳化塔内的化学反应方程式NH3CO2H2ONH3HCO3Q若使二氧化碳含量减少必须使反应一直顺利向右进行。降低塔内温度带走反应产生的热量正是碳化塔所必须的工艺条件。本次所设计的碳化塔亦应充分考虑其工艺条件。碳化塔的实际生产能力与塔的直径、高度、冷却面积等因素有关，在塔的高度一定的情况下，直径大，有效容积大生产能力就高，此外，还与操作条件的好坏关系很大，如碳化反应的温度；进气含二氧化碳的浓度及温度高低；液体在塔内停留的时间；母液的成份；操作工人的熟练程度等有关，因此在设计时应充分考虑。本次碳化塔设计主要有碳化塔塔体的设计校核、零部件的设计校核及冷排的设计校核。设计依据的标准主要为GB1501998钢制压力容器和GB1511999钢制管壳式换热器。碳化塔设计主要计算除和其他塔设备一样进行塔体除沫器、进出料和各类仪表接管、人孔、塔盘等设计外，在选型及结构设计等方面主要考虑以下几点1根据碳化塔内反应的工艺要求，碳化塔冷排应有较高的传热效率，为此冷排的换热管应选用导热系数较高的铜管、铝管或不锈钢管。同时考虑氨水等介质的腐蚀性及经济合理性，选用铝合金管板，并进行渗铝处理。操作时为达到最佳状态，应合理分布冷却水。2由于碳化塔筒体密集开孔，需根据GB1501998对碳化塔筒体进行整体补强。3由碳酸氢铵的生产工艺决定了碳化塔内同时存在汽、液、固三相。为使操作正常、高效进行，必须保证全塔畅通，并尽可能延长液体在塔内的停留时间，以保证汽液充分接触，因此塔盘大多采用角钢焊接的炉篦式结构，并在角钢上开齿以防止结疤。塔内结构不能形成死角，必要时可设蒸汽接口来吹堵。4由于浓氨水等介质有较强的腐蚀性，因此，在选材时应综合考虑安全及经济合理性，本碳化塔设计塔体选用16MNR低合金钢。为防腐在塔体内表面及塔内易腐蚀零件应进行喷铝及涂环氧树脂保护层，并采用电化学保护。5在碳化塔总高16M控制范围内，为使碳化塔有较好的操作弹性，可适当增加冷排数，但须保证塔顶及塔底留有足够空间。6操作时，为防止冷却水一侧铝管发生点蚀应减少水中对铝具有强烈腐蚀性的离子。7由于塔顶、塔底温度及液位有严格的要求，因此在塔顶、塔底应该设有温度计及液位计接口，并在全塔范围内适当布置温度计及液位计。第二章结构选型及材料选材总的出发点是要满足工艺过程所需要的功能并方便使用，要满足在运行中的安全可靠，要满足经济性，包括材料的易于获得，便于制造，所用的材料及总的花费最小。21结构选型容器选型首先要满足强度及制造工艺的要求。211壳体结构本设备选用立式圆筒形容器，圆筒形容器单位容积所用的材料最少。且从强度观点分析，受力最佳，其器壁应力小，立式圆筒形容器便于操作，又利于反应介质的充分混合，且在现场制造时成本较低。212封头本设备选用标准椭圆封头，椭圆形封头不如球形封头受力佳，单位容积所花材料少，但由于球形封头制造花费较大，所以在一般中、低压力容器中广泛采用制造略易受力也不差的椭圆形封头。213裙座本设备选用圆筒形裙式支座，裙座较其他支座的结构性能好，制造方便，经济上合理，连接处产生的局部压力也最小。塔运行中有可能有气体逸出，就会积聚在裙座与塔底封头之间的死区之中，这些逸出气体或者是可燃的，或者对设备有腐蚀作用，并会危及进入裙座的检修人员，所以进入裙座之前，应做相应的准备。214除沫器本设备选用旋流板除沫器，当空塔气流较大，塔顶有溅液现象严重，以及工艺过程不允许出塔气体带雾滴的情况下设置除沫器，从而减少液体的夹带损失，确保气体的纯度进而保证后续设备的正常操作。215人孔本设备选用常压耳盖人孔、常压耳盖人孔是最简单的一种人孔。这种人孔只是在带有法兰的接管上安上块极板，它的结构简单，用于常压和不需经常利用人孔进行检查或修理的设备。216液面计本设备选用玻璃管液面计，液面计是用来观察设备内部液位变化的一种装置，为设备操作提供部分依据。一般用于两种目的，一是通过测量液位来确定容器中的溶液，以保证生产过程中各环节必须定量的物料。二是通过液面测量来反应连续生产过程是否正常，以便控制过程的进行。玻璃管液面是一种有续式液面测量仪表，仪表的两端各装有一个针形阀，将液面计与容器隔开，以便进行清洗检修更换零件。217液体分布器操作时，在任一横截面上，保证气液的均匀分布是十分重要的。液体分布器的作用是把液体在填料顶部或某一高度上进行均匀的初始分布或再分布,用以提高传质、传热的有效表面,改善相间接触,从而提高塔的效率，对于任一装填完毕的塔，气体的分布是否均匀，主要取决于液体分布的均匀程度，本设备采用多层反射式喷嘴。218换热器本设备选用U型管式换热器。这种换热器的结果特点是只有一块管板，管束由多根U型管组成，管的两端固定在同一管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U型换热器有温差时不会产生热应力。由于受弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利。当管子泄漏损坏时，只有管束外围的U型管子便于更换，内层换热器坏了不能更换，只能堵死，而一根U型管相当于坏两根管，报废率很高。U型管式换热器结构比较简单，价格便宜，承压能力强，适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。22材料选材容器的选材和选型相类似，总的原则也是要满足工艺过程的要求，强度要求和制造工艺要求。满足工艺过程主要是指材料对介质腐蚀性的抵抗能力，如一般碳钢难以达到在容器使用寿命期内的抗腐蚀要求，必要时可以针对介质具体性质选用高合金钢，有色金属或采用耐腐蚀衬里材料；对于有换热要求的容器，应尽可能选用热导率较大的材料。满足制造工艺要求主要是指成型加工工艺冲压，旋压和卷制以及焊接工艺。221受压元件受压元件一般选用Q235B、16MNR、20R等材料。Q235B属于普通碳素钢，与优质碳素钢的主要区别在于对碳含量及性能范围要求以及对磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。Q235B主要用于建筑、制造工程质量要求较高的焊接结构件。16MNR钢是屈服强度为340MPA的压力容器专用钢板，它有良好的综合力学性能和工艺性能。受压元件的材料选用16MNR。222非受压元件非受压元件一般不与介质接触，所以一般选用Q235A。Q235A也属于普通碳钢，其性能比Q235B差一些，但是价格便宜，由于非受压元件不承压，一般也不与介质接触，所以选用Q235A是可以满足元件的工作性能要求。非受压元件的材料选用Q235A。223接管及法兰接管材料的要求一般选用10钢，法兰材料按相应的法兰标准，材料至少选用Q235B材料，因为要求接管蠕度变形不要影响壳体的工作，还要求具有良好的持久塑性。法兰起到一定的连接作用，所以对材料的性能要求较高。冷却管组中U型管子选用铝及铝合金。接管选用的材料为10钢。法兰选用的材料Q235B冷却管组中U型管子材料选用20。224焊条型号选择碳钢焊条型号为E4303，这类焊条为钛钙型，药皮中含有30以上的氧代钛和20以上的钙或镁的碳酸盐矿熔渣流动性良好，脱溶容易，选用于全位置焊接，焊接电流为交流或直流正反接，主要焊接较重要的碳钢结构。低合金钢与碳钢、低合金钢之间采用焊条型号为E5016。这类焊条为低氢钾型，药皮在与E4315和E5015相似的基础上添加了稳弧剂。如钾小玻璃等，电弧稳定剂，这类焊条的熔敷金属具有良好的抗裂性能和力学性能，主要焊接重要的碳钢结构，也可焊接与焊条强度相当的低合金结构钢。埋弧自动焊丝型号采用HJ401H08AHJ402H10MN2和H0CRC0NI10TI型，碳钢与碳钢之间采用焊剂401，低合金钢之间采用焊剂402。第三章筒体及封头的设计31壳体厚度计算壳体厚度按GB1501998中式（51）计算CTIPD2式（31）式中P设计压力取10511的工作压力DI圆筒的内径设计温度下筒体的许用应力T焊接接头系数085C壁厚附加量CC1C2C1钢材负偏差C108C2腐蚀裕度C22084695163CITCPDM设计厚度DC69528975MM圆整后取塔的筒体壁厚N10由于碳化塔筒体开孔较多,并为纵向和对角向排孔根据GB1501998钢制压力容器,应用排孔削弱系数代替式41中的焊接接头系数调整所需厚度和最大允许工作压力。根据GB1501998,当纵向排孔与对角向排孔同时存在时,由GB1501998中图88确定排孔削弱系数。由设计要求取S170021400S为弧长S500S28602705由于在圆筒上开孔为短节和筒体的相贯线,故D取为D125500625V1S1D/S11400625/1400055S2/S1860/14000694由GB1501998中图88查得V2039在V1,V2中选取较小者代替21中计算所需厚度C082400/216303908C1799式中CC1C2C2腐蚀裕量C22C1钢板负偏差C108故名义厚度为1799圆整后的名义厚度取N1832封头计算压力容器封头的类型很多，分为凸形封头，锥壳，变径段，平盖及紧缩口等，采用什么样的封头要根据工艺条件的要求，制造的难易程度和材料的消耗等情况来决定。设计时，一般优先选用封头标准中推荐的形式与参数。图21椭圆形封头321封头厚度计算碳化塔上下封头均采用标准椭圆形封头式32CTICPD502式中PC设计压力取10511的工作压力DI圆筒体的内直径T设计温下筒体的计算应力焊接接头系数0850824976163508205CITCPM取封头厚度与筒体厚度相等N18322椭圆封头最大许用工作压力式33EITWKDP502其中K1为标准椭圆封头PW216308518/124000518207MPAPW08MPA满足工作要求323封头尺寸的确定表31公称直径曲边高度H1直达高度H2内表面积F容积VM3重量24006004062520094033水压试验及校核式34SEITDP90211式中D1水压试验产生的轴向压力，MPAPT液压试验压力，MPADE1筒体的有效厚度，MM331立置时压力按下式计算PT125P式35T式中P设计压力P08MPA试验温度下材料的许用应力163MPA设计温度下材料的许用应力163MPATTPT12508163/1631MPA332卧置时的压力应计入液柱静压力PLPT125PPLTPLGH10009811438106015MPAPTPTPL1015115MPA333应力校核钢板的350SMPAPAT24671824MPA5035967T即满足要求，水压试验合格。09TS334冷却管箱水压试验PT125P式36T式中P为管程设计压力，03MPAPT125038MPA30第四章塔重量计算41质量载荷计算质量载荷包括塔体，裙座质量M01；塔内件如塔盘或填料的质量M02；保温材料的质量M03；操作平台及扶梯的质量M04；操作时物料的质量M05；塔附件如人孔，接管，法兰等质量MA；水压试验时充水的质量MW；偏心载荷ME。如下图图41质量载荷411容器壳体及裙座质量M01（1）筒体质量M筒体H/4DI2N2DI2793014291塔体开孔减少面积A112665壳程短节孔）A209711壳程短节孔）A303665人孔）塔体开孔减少面积AA1A2302A36804由化工设备设计手册查得18，碳钢钢板每平方米质量为1727。塔体开孔减少总质量M塔体17276804117104（2）封头质量标准椭圆形封头，所以查化工容器及设备简明设计手册得M封头940两封头重1880（3）裙座质量M裙座H/4DI2N2DI2785010731裙座开孔减少的面积A402443裙座减少质量M裙座1727024434219（4）基础环质量M基1/2M裙514M01M筒体2M封头M裙座M基M塔体M裙座1560115601104KG412壳体固定附件质量M02（1）人孔质量由化工设备设计手册查得DN500人孔质量161。（2）分布锥质量CPCDC/2TPC1/COS2由化工设备设计手册查得C10，M分H/3R2R2RR7930370（3）角钢圈质量由化工设备设计手册查得M角706313（4）支承梁质量M支606（5）塔体接管及接管法兰质量表41接管与法兰总重M接163538（6）筋板及支承环板质量M板M筋板M支承环板24355379（7）球形挡板质量由化工设备设计手册查得12厚钢板每平米质量为9421M球9421541451M拉筋17351M球M球M拉筋1502（8）壳程短节及法兰质量M接12170202434M接22170205211285M法兰29M短节172404M短节214185M短节30（M短节1M短节2）643103符号接管尺寸个数接管长度（）法兰单重（）接管单重（）A3779150014794084B159451150612258D3779130014792451E1545355120171043F1525351600748026H1253115007480244H2253125007480408K1594512075612359M02M人孔M分M角M支M接M球M短节M板8804103413容器可卸内件质量M03（1）气体分布板质量M气3987（各零件质量详见部件图）（2）液体分布板质量M液19371351（3）汽液分布板质量M汽液4343（4）活动支承梁质量M支14223319M03M气M液M汽液M支25019414冷排质量（1）冷排封头质量表42名称尺寸数量质量（）封头盖DN55081162平环12103法兰PN10，DN550129M封头16203294552冷排管箱质量表43名称尺寸数量质量（）筒节DN550200122法兰PN10DN550129隔板121105接管108630239564接管法兰PN10DN1002802M箱996343冷排管板质量由化工设备设计手册查得42的钢板每平米质量为3297M板019583297645534冷排管子质量M管1888157M管2756625（详见零件图）5支撑架质量表44名称尺寸数量单重（）总重（）支承板203515连接板66159圆钢202432864M冷1M封M箱M板M管1M支331143M冷2M封M箱M板M管2M支31799M0430（M冷1M冷2）1947104KG415所需螺母、螺钉及垫片总质量M05129541031334262KG（详见各零部件图或碳化塔装配图）416碳化塔设备总质量M0M01M02M03M04M0543771342碳化塔所受重力载荷计算421充水重力QWQW/4DI2H/424002144601000654155式（41）1塔物料重量折合液位高度取5M，物料密度取0876/TQ物/4DI2H/424002144608761981462冷排内冷却水重量Q水693104NQ1Q物Q1981467071426886422水压试验时的最大重量QMAXQMAXQWM06541554377131091868423设备操作时的重量Q0Q1M026886437713706573424设备、吊装的最小重量QMINM01M0224395表45塔重量汇总表项目名称符号重量（）壳体计裙座质量M0115601壳体固定附件质量M028804容器可卸内件质量M0325019冷排质量M0419470螺母、螺钉计垫片质量M0512954塔设备总质量M0437713充水重量QW654155物料重量Q126886水压试验时最大重量QMAX1091868设备操作时重量Q0706573设备吊装的最小重量QMIN2439543塔的自振周期对直径和厚度相等的塔的自振周期为式42301139ICTDEHMT式中H塔体总高，MMH15150M0塔体操作质量，KGM024395239091NE弹性模量，MPAE211011MPA塔体的有效厚度，MMCC180018MDI塔体内径，MMDI240024MTC35102481023953900364S等直径，等厚度塔的固有周期第一振型第二振型第三振型44风载荷计算图42塔结构简图选危险截面00截面，塔设备的基底截面，11截面，裙座上人孔或较大管线引出处的截面，22截面，塔体与裙座连接焊缝处的截面。风载荷示意图如下图43风载荷441水平风力计算第I计算段质量重心处的水平风力为PIK1K2IQ0FIHIDEFI式43式中PI第I计算段质量重心处的水平风力，N；DEFI第I段的有效直径，M；图44风弯矩计算简图442各参数确定（1）空气动力系数圆筒形设备K107（2）风振系数K2I表46离地面高度1101515MI035035035K2I1M0135135135MI、分别由压力容器及化工设备（下）中表135和136查得。3呼和浩特基本风压Q0Q005KN/4计算段中心距地面高度处风压变化系数FI表47离地高度5101520FI078111151255有效直径DEFI根据碳化塔结构简图，1和2段无平台，3段有效直径DEFI32M443风力计算系数按（32）式进行风力计算，列表如下表48444风弯矩计算塔任意设备截面II处的弯矩按下式计算式103121312122NWHHHMPPHP（44）所以00截面风弯距为103121312122NWHHHPPHP08251/20807224（0807/2）6426（080732/2）03308319922108KN/M对于11、22截面按下式计算11截面的风弯矩为176KNM式（45）1321312WHHMP22截面的风弯矩为式（46）2385WKNM45地震载荷计算任意高度HK处的集中质量MK引起的基本振型，地震水平力为计算塔段01122K1070707K2I135135135FI078078078Q0（KN/050505HIM080732DEFIM282832PIKN0825072246426式47GMHACFKZK11式中FK1集中质量MK引起的基本振型水平地震力，N；CZ综合影响系数；CZ05MK距地面HK处的集中质量，KG；A1对应塔体基本振型T1下的地震影响系数A值，地震载荷示意图如下图45地震载荷451参数的确定地震烈度按8度计算时045MAX类场地上032/TC03045/0156708621钢质圆筒直立设备，结构形状系数C05452地震弯矩的计算因碳化塔为等直径，等壁厚，00截面地震弯矩按下式计算0508627065715152066910601635EMCQH11,22截面按下式计算1352535281047EACQMHH11截面地震弯矩为1974106522截面地震弯矩为23525356281041707EACQMHHNM因碳化塔H/DI15150/2400631255，所以必须考虑高振型的影响0061122684705EEMNM453偏心弯矩偏心质量引起的弯矩受力示意图如下，图46偏心载荷塔设备底截面00处的最大弯矩为取其中较大的值，其中ME0，EWEEMM000MAX25N/1072186963A塔设备任意截面II处的最大弯矩为取其中较大值MEEMIWIEI250MAX11和22截面的弯矩计算如下MNWE/1097810672546311MAXMMWE/68322MAX46卡曼涡街引起的弯矩计算461判断是否存在卡曼涡街首先计算雷诺数式48UPDRE0式中RE雷诺准数；D0塔外直径，M；D0DI2IN2242001800522536M212304569/981MSFFN代入式得RE253626951202/17910598449106查图1362RE449X10635X106故将出现卡曼涡街，应考虑卡曼涡街引起的振动。462临界风速的计算取SH02计算第一振型临界风速012436578/15CDMST实际风速，因此塔不发生共振，可不进行诱导振动的12695/CMS计算。47各种载荷总表表49截面001122操作重量7956X1027811X1027586X102安装时重量24395水压试验时重量134X1061332X1061309X106风弯矩132341761285地震弯矩2067X1061974X1061765X106第五章应力校核51塔体壁厚校核（11截面）511设计压力引起的轴向应力（1）设计压力引起的轴向应力PDI/430MPA式（51）1（2）操作重量产生的轴向压应力式（52）1259IQMPDS（3）最大弯矩产生的轴向应力式（53）11MAX32390785IP512按最大组合应力校核筒体壁厚（1）拉应力11MAX23059381163TMPAPA拉（2）最大组合压应力11MAX2359349MPA压（3）6TMPBCR求B094012/1/8IOARS由化工容器设计查得B2/3AE2/300012211052056MPA式（54）11MAX2394163CRMPAPA压52裙座的强度计算及校核裙座与塔体采用对接焊缝，故DSIDI2400,取裙座筒体壁厚与塔体壁厚相等，即S18，裙座材料的许用应力为163MPA。00截面操作时，按下式计算式（55）000MAX14763SSSSMQPAMPAWA压水压试验时按下式计算000MAXMAX23547163ESSSSPAPA水压式（56）11截面操作时按下式计算111MAX220785D22015SSSSSMIMMIIMSMQWASDWL压其中所以223140218051801805SMISSMSADSDLSM6657329SMPA压水压试验时111MAX2030A64垫片有效密封宽度02537694BM垫片压紧力作用中心圆直径DGD42B59426694580612。627支承架结构，尺寸的确定支承架主要起支承冷却管组和便于安装拆卸冷排的作用，它主要由支承板，连接板及圆钢组成，其中支承板选用硬聚氯乙烯，连接板选用Q235A，圆钢选20钢，其具体连接尺寸及结构见冷却管组零件图。628换热器的排列根据工艺条件及充分利用空间和使管板受力均匀，采用正三角形排列。参考有关标准，并考虑工作介质及清洗方便，管子中心距S50，共布管26根，其排列及管子编号见零件图。629换热器尺寸确定（1）U型弯管段弯曲半径的确定U型弯管段的弯曲半径应不小于两倍管子外径，常用换热管弯曲半径RMIN,由标准选取D32时弯管最小半径RMIN65，根据换热管为正三角形排列及管中心距为S50，可一一确定弯管弯曲半径。（2）换热管长度的确定由于冷却管组在碳化塔塔体内位置不同且综合考虑充分利用空间，增大换热面积及便于计算和制造，采用将管子分组确定长度的方法，先按比例绘制草图，将中水冷却管组及侧水冷却管组中管子分组，分别量出其平均长度，确定其直管段，长度及弯管长，进而确定管子总长。管子分组请见零件图热管规格3225。表63中间水冷却管组管子表编号LR总长L管子规格单重（）11929707408032252622007933430732252732063136645553225294212017994805322535222017995005322531621631366475532253721079334507322528819797074180322526表64侧水冷却管组管子表63碳化塔冷排数的确定为确定冷排数，先按比例绘出冷排的布局定位图，并用换热管的平均长度计算换热面积进而确定冷排数。（1）侧水冷却管组管子平均长度的确定由草图确定中心水冷却管组管子平均长度L240024800侧水冷却管组管子平均长度取L200024000一层冷排的近似换热面积。2所需冷排数的确定工艺要求总换热面积为660，冷排数660/4615（排）参考计算冷排数并考虑碳化塔的操作弹性及工艺性能，取15层冷排由于受塔高条件限制并考虑塔内上下部分空间，冷排距平均700，具体分布及间距大小见碳化塔总装配图。编号LR总长L管子规格单重（）11779707378132252421907933410632252631829707388132252441963176643563225275202017994605322529619701799450532252871870179943053225278186313664156322526918579334006322525第七章附件设计计算71气体分布板结构设计气体分布板的作用即是把进入塔体内的变换气气流打乱使之沿塔体均匀上升，使塔内反应充分快速进行，其结构采用炉蓖式结构，中部用角钢70208做蓖条两侧采用筛孔结构，其材料均选用Q235A为便于装拆方便做成可拆分结构，其具体尺寸及结构见碳化塔部件图。72液体分布器结构设计其结构亦采用炉蓖式，角钢选50508，材料为Q235AF材料,其结构布局及角钢编号见零件图。同样为了安装及维修方便，将其做,其结构布局及角钢编号见零件图。同样为了安装及维修方便，将其做成可拆分式，根据工艺条件选用块液体分布器。相邻两块成90交错以便于反应充分进行。再根据实际情况便于维修。将一部分液体分布器做成活动塔板，结构及分布见碳化塔装配图。73汽液分布板结构设计汽液分布板类似于泡罩塔板，气体从下部上升，液体从上部淋下，其主要结构包括钢板筛孔升气管，同样为了安装将其分为中分布板、侧分布板及边分布板，钢板选用Q235AF，12，开气管选用10钢，1084角钢，型号20203，分气罩用4的钢板卷制。其具体结构及开孔大小及布局详见零件图。74球形挡板结构设计碳化塔塔顶除沫装置采用球形挡板，选用Q235A的钢板厚度12压制而成，SN2400，并用3个22010010的拉筋直接可与塔体焊接。75分布锥结构设计为了加强防腐蚀性及考虑变换气对分布维及上部物料对分布维的冲刷，选用厚度为10的0CR18NI9T钢板卷制，并且为防止结疤，分布维底缘须加工成齿形，具体尺寸见零件图。76角钢圈、支承环、筋板及支承梁角钢圈与塔内壁焊接起支承塔板，支承梁及补强塔体的作用，角钢圈以及第一层选用20208角钢，其余各层选用5055的角钢弯制而成，材料均为Q235A支承环板与筋板支承汽液分布板，其材料均选用Q235A，支承环板厚度取12，2400/2318筋板厚度也取12（70100）/28块布塔体内。支承梁选用1084钢管主要起支承冷排组的作用，每层冷排由两根支承梁支承，为装拆方便分固定支承梁和活动支承梁，具体分见碳化塔总装配图。77碳化塔裙座结构设计材料选用及壁厚确定综合考虑工艺条件、材料性能及经济合理性，裙座和筒体一样选用16MNR,壁厚取18，裙座高度由于塔高及塔底要求选为1000。结论本设计是合成碳化车间碳化塔，设计过程中对设备的各零部件的选材、选型做了详细论述。说明书详细计算了筒体、封头及冷却管组、非标零部件的厚度；并对强度进行了校核，并就设计中常出现的一些问题展开了深入的探讨与研究。这次设计是我们第一次全面具体的进行压力容器的设计，将课堂上所学的知识和实习中看到的综合运用到本次设计中，使学过的知识得以巩固和加深。本次设计在于设计者经验不足、能力有限，在个别问题上考虑不全，出现很多错误，难免有一些漏洞，希望各位老师指出错误，我将虚心地接受并加以改进。参考文献1GB1501998钢制压力容器国家技术监督局发布19982GB1511999管壳式换热器国家技术监督局发布19993JBT47102005钢制塔式容器国家技术监督局发布20054JBT47462002钢制压力容器封头国家技术监督局发布20025董其伍换热器M,北京化学工业出版社,20096丁伯民,曹文辉承压容器M,北京化学工业出版社,20087丁伯民,黄正林化工容器M,北京化学工业出版社,20038贺匡国化工容器及设备简明手册M,北京化学工业出版社,20029郑津洋,董其武,桑之富过程设备设计M,北京化学工业出版社,200110潘家祯压力容器材料实用手册M,北京科学出版社199411胡特生高速二氧化碳焊的工艺实线J,