2.6万吨年乙烯精馏塔设计毕业设计

1、设计说明书设计说明书 题题目：目： 2.6 万吨万吨/年乙烯精馏塔设计年乙烯精馏塔设计 院院系：系： 机械工程学院机械工程学院_ _ 专专业：业： 过程装备与控制工程专业过程装备与控制工程专业_ 内容摘要 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的 基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过 程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互 不夹带。塔设备主要应用在石油化工行业，其种类很多，比如有常压塔， 加压塔及减压塔，还有按单元操作分有精馏塔，吸收塔，萃取塔，反应 塔，填料塔，干燥塔等。 本次设计的是 2.6 万吨乙烯精馏塔，在本次设计中主

2、要包括三大方 面的内容：一是工艺计算，二是强度及稳定性的计算，三是专题部分。 第一部分主要进行了物料衡算，塔内物件尺寸的确定，各种管径的 确定，附属设备的选择等等。 第二部分在强度及稳定性计算中，计算出塔器的各部分质量，对塔 的三个危险截面进行校核，主要是质量载荷，风载荷和地震载荷的计算。 还要进行补强的计算。 最后是专题部分，即吊柱的选用与校核。 关键词：关键词：板式塔 精馏设备 填料塔 abstract tower equipment is the important production equipment that chemical industry , petroleum ,etc.

3、 used extensively in industry. the basic function of the tower equipment lies in offering the angry , chance in order to be fully contacted of two phase of liquid , make the quality , two kinds of hot transmittance process can go on promptly and efficiently ; can is it exposed to gas , liquid two ph

4、ase after separate in time , carry each other secretly to make also. the tower equipment is applied to the trade of petrochemical industry mainly, there is a lot of its kind , for example there are atmospheric pressure towers, pressurize in the tower and reduce pressure in the tower, operate and div

5、ide rectifying tower according to the unit , absorb the tower, lie between and suck the tower, extract the tower , the reaction tower, dry tower ,etc. the one that designed is 2 this time. the rectifying tower of 60,000 tons of ethylene, design main content including three major respects in china th

6、is time: first, the craft is calculated, second, the calculation of the intensity and stability, third, thematic part. first part be regarded as the weighing apparatus of the supplies mainly, the sureness of the size of the things in the tower, the sureness of different pipe diameters, choice of the

7、 accessory equipment ,etc. second part in the intensity and stability are calculated , calculate out every part of quality of the tower device , check three dangerous sections of the tower, mainly quality load, the calculation with loaded wind load and earthquake. mend strong calculation. it is a th

8、ematic part finally, namely hang the exertion and check of the post. keywords: tray tower distilling equipment packed tower 目录目录 塔设备概述塔设备概述 .1 1 第一部分：工艺计算第一部分：工艺计算 .3 3 第一节 物料衡算 .3 1) 塔顶产品量.3 2)塔釜,塔顶流量及组成 .3 第二节 确定塔温 .4 1）塔釜温度的确定 .4 2）塔顶温度的确定 .5 3）进料温度 .5 第三节 塔板数的计算 .6 1） 确定最小回流比 .6 2）确定最小理论板数 .7 4）

9、实际塔板数 .7 5）确定进料板位置 .8 第四节 塔径计算.8 1）精馏段塔径 .8 2）提馏段塔径 .12 第五节 塔内物件的工艺尺寸 .12 第六节 流体力学验算.14 1）气体流过塔板的压降 .14 2)液泛校核 .15 3）沫夹夹带情况 .15 第七节 安全操作范围和操作线.16 1）精馏段 .16 2）提馏段 .17 第八节 附属设备的选择 .18 1）全凝器的选择 .18 2) 再沸器的选择 .19 3) 回流泵的选择 .19 第九节 管径设计 .19 第二部分第二部分 强度及稳定性计算强度及稳定性计算 .2121 第一节 圆筒和封头的厚度和强度计算 .21 第二节 载荷的计算

10、.21 1) 质量载荷的计算: .21 2) 塔的自振周期 .23 3）地震载荷及地震弯矩的计算 .23 4）风载荷和风弯矩计算： .25 5) 最大弯矩 .26 第三节 应力校核 .27 1) 圆筒应力校核： .27 2) 裙座壳轴向应力校核： .28 第四节 基础环结构设计及校核 .29 1） 基础环 .29 2）地脚螺栓计算： .30 3）肋板计算： .31 4）盖板计算： .31 第五节 补强计算 .32 1）塔顶蒸汽出孔 .32 2)人孔的补强计算 .33 3)进料管接管补强 .34 第三部分第三部分 吊柱的强度计算吊柱的强度计算 .3535 1）设计载荷 .35 2)曲杆部分的校核

11、 .35 2）柱的校核 .37 参考文献参考文献 .3737 附录附录 英文翻译英文翻译 .3939 致致 谢谢 .4444 塔设备概述塔设备概述 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能 在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进 行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作 可在同样的设备中进行。 根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。 板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向 塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿

12、 过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔 高呈阶梯式变化。 填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填 料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由 塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地 变化。 目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填 料塔。蒸馏操作的规 模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较 小，故采用填料塔较多。 板式塔结构简图 1气体出口 2液体入口 3塔壳 4塔板 5降液管 6出口溢流偃 7气体入口

13、8液体出口 浮阀塔板的结构原理 浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮 动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转 90，以限制阀片 升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片， 当气速很低时，由于定距片的作用，阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上，在一定 程度上可防止阀片与板面的粘结。操作时，由阀孔上升的气流经阀片与塔板间隙沿 水平方向进入液层，增加了气液接触时间，浮阀开度随气体负荷而变，在低气量时， 开度较小，气体仍能以足够的气速通过缝隙，避免过多的漏液；在高气量时，阀片 自动浮起，开度增大，使气速不致过大。浮阀塔板的优点

14、是结构简单、造价低，生 产能力大，操作弹性大，塔板效率较高。其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时， 阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率 和操作弹性下降。 塔设备主要有三个参数作为其性能好坏的评价指标，即通量、分离效率和操作 弹性。通量是指单位塔截面的生产能力，其表征塔设备的处理能力和允许的空塔气 速。分离效率是指单位压力降的分离效果，板式塔以板效率表示，填料塔以等板高 度表示。操作弹性即塔的适应能力，表现为对处理物料的适应性和对气液负荷波动 的适应性。塔的通量大、分离效率高、操作弹性大，塔的性能就好。 第一部分：工艺计算第一部分：工艺计算 第一节第一节 物料

15、衡算物料衡算 1) 塔顶产品量塔顶产品量 按 7200 小时/年考虑， 摩尔流量(c2h4): =128.74kmol/h 7200*05.28 1010*6 . 2 34 2) 塔釜塔釜,塔顶流量及组成塔顶流量及组成 表 1 进料各组分组成及性质 组 分 c2h4c2h6c3h6ch4 沸 点 -103.7-88.6 oc-47.7-161.5 分子量 28.0530.0742.0816.04 组成 0.889890.098430.005100.0065 8 选择乙烯为轻关键组分，乙烷为重关键组分，比乙烯沸点低的甲烷是轻组分，比乙 烷 沸点高的丙烯是重组分，两关键组分挥发度相差较大，且两者是

16、相邻组分，为清晰 分割情况，比重关键组分还重的丙烯在塔顶不出现，比请关键组分还轻的甲烷在塔 顶不出现。 这样塔顶馏出液由甲烷乙烯和少量乙烷组成。塔釜由丙烯乙烷和少量乙烯组成。 规定：塔顶乙烷含量，1 yi xiki* 说明此泡点温度过高。 假定温度为-10oc =1.340.00303+0.930.9474+0.280.04954=0.8991 yi xiki* 假定温度为-2oc =1.540.00303+1.240.9474+0.330.4954=1.00003 yi xiki* 所以：塔釜温度为-2oc 2）塔顶温度的确定）塔顶温度的确定 采用全凝器。 采用 p-t-k 图查出 ki 值

17、计算 y =kx 塔顶温度=1 iii 1 i n i i k y 假设露点温度为-20 =+=0.9131 xi 1 i n i i k y 96 . 0 992 . 0 65 . 0 00999 . 0 82. 4 0073 . 0 试差法： -25+1=-24.05 9851 . 0 0364 . 1 10364 . 1 所以：塔顶温度为-24oc 3）进料温度）进料温度 查 p-t-k 图，计算 y =kx =1 iii 假设泡点进料且温度为-20 =1.340.88989+0.9270.09843+0.2670.0051+5.550.006581 yi xiki* 说明此进料温度过高

18、 假设进料温度为-23 =1.010.08989+0.6820.09843+0.1790.0051+5.050.00658=1.0 yi xiki* 0006 所以：进料温度为-23oc 对塔的各部位温度列于下表中 表 4 塔的温度列表 塔底塔顶进料 -2-24-23 第三节第三节 塔板数的计算塔板数的计算 1 1）确定最小回流比）确定最小回流比 假定塔内各组分的相对挥发度恒定，且为衡分子流，由恩德无德公式视差求。 +=1-q （1） a faaxx b fbbxx c fccxx +=rm+1 （2） a paaxx b pbbxx c pccxx 式中：xfa,xfb,xfc进料中 a，b

19、，c 组分的分子分数； xpa，xpb，xpc塔顶组分 a，b，c 组分的分子分数； q 进料热状态参数。泡点进料，q=1; 有关数据及 i 列表如下： 表 5 组分 c2h4c2h6c3h6ch4 xf0.8840.098430.00510.006581 xp0.9920.00099900.00731 ki1.010.6820.1795.05 i1.4810.267.4 将数据带入（1）式中： 0 4 . 7 00658 . 0 *4 . 7 26 . 0 0051 . 0 *26 . 0 1 09843 . 0 *1 48 . 1 889 . 0 *48 . 1 试取 计算： =1.533

20、 (1)式=0.07530 =1.35 (2)式=-0.0374 0 内插法得 =1。48，将 带入（2）式，求的 rm, 1 1484 . 7 0073 . 0 *4 . 7 48 . 1 26 . 0 0*26 . 0 48 . 1 1 00099 . 0 *1 48 . 1 48 . 1 992 . 0 *48 . 1 rm 解得： rm=2.2664 取回流比 r=1.5rm=3.4 2 2）确定最小理论板数）确定最小理论板数 理论回流比可取为 1.5 r=3.26 min 3）确定理论板数 理论板层数由芬斯克方程求 n min n=31.256 min 1 lg )()lg( lh

21、w l h d h i x x x x =0.3469 1 min r rr 查吉利兰图得=0.36 2 min n nn 解得 n=43.2 取 44 块（不包括再沸器） 所以：理论塔板数为 44 块。 4 4）实际塔板数）实际塔板数 e =0.49（） tl 245 . 0 塔顶，塔釜的平均温度 t=-13 查烃类 p-t-k 图，得平衡常数： kc2h4=1.455, kc2h6=0.839 相对挥发度为：=1.7432 =0。889890。07+0。098430.07+0.00510.0051+0.006580.02=0.0 l lixi 6999 解得 e =0.822 t 所以：实

22、际板数 n=44/0.882=53.5 t t e n 取 55 块 5 5）确定进料板位置）确定进料板位置 精馏段板数 n = （1） m ilh f lk hk d hh li x x x x )lg( )()lg( 提留段板数 m = （2） m tlh w lk hk hh li x x f x x )lg( )()lg( m+n=54 （3） （注 为轻关键组分对重关键组分相对挥发度，取塔顶、进料、塔釜三处得几何 lh 平均值） （） =1.642 lh ifd * （） =1.732 lh twf * 则 n =21.87 取 22 块 m 则提留段板数为 m =54-32=32

23、m 第四节第四节 塔径计算塔径计算 1 1）精馏段塔径）精馏段塔径 a) 气液相负合及重度 精馏段以塔顶为计算基准， 表 6 塔顶各组分得临界性质列 组分%（分子） p （kg/cm c ） 2 p %（分子） c tct %（分 c 子） 分子量 m m%（分 子） c2h40.99250.4830.076282.9280.628.0527.8 c2h60.00099948.290.0482305.330530.070.07 ch40.007345.790.334190.91.3910.040.117 合计 150.46282.327.947 对比压力：=0.42 r p c p p 443

24、.50 21 对比温度：=0.882 c p r t t t 242.282 27324 查得压缩系数 z=0.75 塔顶上升蒸汽量：g=vd=（r+1）d=571kmol/h 体积流量：=416.4 立方米/小时 p znrt vsd 塔顶上升蒸汽重度： v =38.32kg/m3 表 7 进料各组分得临界性质 组分%（分子） p （kg/cm c 2 ） p %（分 c 子） tct %（分 c 子） 分子量 mm%（分 子） c2h4 0889893048 44.922282.9251.7528.0524.96 c2h60.0984348.294.75305.330.0530.072.9

25、6 c3h60.005145.370.23364.91.8644.090.215 ch40.0065845.790.3190.91.2616.040.11 合计 50.2284.9228.25 对比压力：=0.418 r p c p p 2075.50 21 对比温度：=0.872 c p r t t t 4995.284 27323 查得压缩系数 z=0.691 体积流量：=0.107m3/s p znrt vsf 精馏段气相负合： =0.113m3/s fds vvv* 表 8 塔底各组分得临界性质 组分%（分子） p （kg/cm c 2 ） p %（分 c 子） tct %（分 c 子

26、） 分子量 m m%（分 子） c2h4 000303504801532829085728050085 c2h6 0987048564587305828963092845 c3h6 00495645761908 305.3281.425530.0727.7185 ch4045.37 1909 1604 合计 1 4579 3083 3076 对比压力：=0.436 r p c p p 8538.46 21 对比温度：=0.879 c p r t t t 0613.295 2732 查得压缩系数 z=0.70 上升蒸汽量：g=vd=（r+1）d=（3.26+1）124.849=571 公斤/小时

27、 体积流量：=422.9 立方米/小时 p znrt vsw 查轻碳氢化合物数据手册 图 2-15、2-17 得各组分重度； 表 9 塔顶各组分重度 组分 c2h4c2h6c3h6ch4 重度04250465 0 表 10 进料各组分重度 组分 c2h4c2h6c3h6ch4 重度04210462054 表 11 塔釜各组分重度 组分 c2h4c2h6c3h6ch4 重度03504270555 塔顶各组分质量流量百分比： qdc2h4=0.928 qdc2h6=0.001 qdch4=0.0042 解得 ld =0.4575 ld 1 4 4 62 6242 ldch dch hldc hdc

28、 lda hdc qqq 塔底各组分质量流量百分比： qwc2h4=0.00276 qwc2h6=0.9363 qwch4=0.0712 解得 lww=0.4339 则精馏段液相重度=445.5kg/m3 l lfld *429 . 0 *427 . 0 液相负荷 = 26.95m3/h s l 动能参数=0.2236 取板间距 h =0.4m 塔板上清液层高度为=0.07m v l 2/1 v l tl h 查史密斯关联图得 c=0.05 20 查轻碳化合物图 4-1、4-2 得表面张力 表 12 混合液的表面张力 甲烷乙烯乙烷丙烯 03.486.2113.6 =0.99163.6+0.00

29、16.2=3.46 md 由式=（）得=0.0352 c c20 20 2 . 0 c 2 . 0 20 ) 20 ( c 塔顶最大空塔速度 wmax=c=0.1136m/s 06.40 632.40428 空塔气速 w=0.7w=0.70.1142=0.0795m/s 最大 精馏段塔径 d=1.335m u vs 4 取精馏段塔径 d=1.4m 精馏段实际空塔气 w=0.072m/s k 相应的空塔动能因数为 f =0.072=5.6 k 06.40 2）提馏段塔径）提馏段塔径 提馏段气象重度=v/vs=43。52 v 提馏段液相重度=430。69 w lwlf 提馏段液相负荷=0。1121

30、m3/s sfsw svvv* 则提馏段气相负荷：ls=rd+qf=38.12m3/h 查史密斯关联图得 c=0.045 20 查轻碳化合物图 4-1、4-2 得表面张力 c2h4=1.21 pc2h6=3.59 pc3h6=10.49 混合液的表面张力=3.925 m =0.0325c 2 . 0 20 ) 20 ( c 最大空塔速度: wmax=c=0。0969 06.40 632.40428 空塔气速：w=0.7w=0。0678m/s 最大 提馏段塔径 d=1.45; 取塔径 1。4m u vs 4 馏段实际空塔气 w=0.073m/s k 第五节第五节 塔内物件的工艺尺寸塔内物件的工艺

31、尺寸 1） 、溢流程数的选择 根据塔径 1.4 米，液相负荷 3040m 3/h，查有机化合物表 9-5 可知选单流型 即可满足要求。采用工型浆液板，分块式塔盘。 2） 、校核溢流强度 堰长： lw=0.7d=0.71.4=0.98m。 精馏段校核：i=ls/lw=27.5m 3/h; 提馏段校核：i=ls/lw=38.9 m 3/h; 3)、塔堰高的确定 hl=hw+how hl塔板上清液层高度; hww 出口堰高度 how堰上清液层高度 精馏段： how=0.03459 提留段： how=0.037 4)降液管面积 查浮阀塔表 3-3 知=0.143 =0.0878 d wd t f a

32、a 塔板面积 a =0.7851.4 =1.54 t 2 4 d 2 堰宽 w =0.1431.4=0.2m d 溢流面积 a=0.878 a =0.1385 ft 5）校核液体在降液管内停留时间 精馏段 t=7.4s5s l ha tf * 提馏段 t =5.2s5s * l ha tf 降液管出口处的流体流速： 精馏段： ud=ls/af=0.054m/s; 提馏段： ud=ls/af=0.77m/s 6） 降液管下端距塔盘的距离 h： h= olww l l w降液管下端出口处的流速一般取 0.070.25m/s 可取 0.2m/s ol 精馏段 ho=0.0382mh =0.07m 3

33、600*2 . 0*98 . 0 95.26 l 提馏段 ho =0.054h =0.07m 3600*2 . 0*98 . 0 12.35 l 取距离为：h=0,05m 7）浮盘数 采用 f-1 重阀, 阀孔直径为 39。 精馏段临界阀孔气速 ：=1.387m/s ok u 548 . 0 ) 632.40 8 . 72 ( 提馏段临界阀孔气速: =1.326m/s ok u 548 . 0 ) 632.40 8 . 72 ( 开孔率100%=5。2% 0 u u 阀孔总面积： 精馏段： a =0。08m20 * 4 2 d 提馏段: a =0.0847m20 * 4 2 d 精馏段阀数:

34、n=67 个 0 2 0 4 ud vs 提馏段阀数: n =70 个 0 2 0 4 ud vs 精馏段与提馏段取相同的阀孔数：为 68 个。 8)塔盘的布置 安定区 wf=0.06m; 无效区 wc=0.05m 按照等边三角形叉排列 则中心距 t=105mm. 第六节第六节 流体力学验算流体力学验算 1）气体流过塔板的压降）气体流过塔板的压降 正常操作，浮阀全开。 干板压力降:hp=hc+hl+h 全开前:hc=0.7=0.000685 米液柱 l u a g 1 175 . 0 0 0 0 全开后 hc=5.34=0.046 米水柱 l v g u 2 0 2 hl=0.4hw+how=

35、0.40.43+0.027=0.0442 米水柱 克服表面张力压降 h 可忽略 hp=hl+ho=0.074 米水柱 2) 液泛校核液泛校核 逸流管内液成高度： hd=hl+hp+hd+hv hd=0.153=0.042 米液柱 2 0 hl l w s 对 hv可忽略不计，对浮阀塔可忽略不计 又因操作压力小于 30 大气压 hv可以忽略，故溢流管内液层高度 hd=hl+hp+hd=0.144 米 取充气因子 =0.5，（ht+hw）=0.5(0.4+0.0374)=0.2180.144 所以可以避免液泛。 3）雾沫夹夹带情况）雾沫夹夹带情况 精馏段 v=0.033 立方米/秒 负 ll v

36、s v 632.40428 632.40 * 3600 395.367 提馏段 v=0.0346 立方米/秒负 ll v sv 75.41427 75.41 * 3600 395.378 z=d-2wd=1.4-20.2=1.0m aa=at-2af=1.54-20.135=1.27 立方米 k 取 0.85 cf查基本有机化学工程图 9-28 可知 cf=0.107 则精馏段:f1=33.380% 136100 akc zlv f s 负 提馏段 f1=38.3% 15 须考虑高振型影响。 nmmmm ee 810*775 . 4 25 . 1 0000 1 i-i 截面地震弯矩： mmnh

37、hfm k kke 8 5 1 1 11 108 . 425 . 1 -截面地震弯矩： mmnjhfm k k ke 8 5 1 1 22 101 . 425 . 1 4）风载荷和风弯矩计算：）风载荷和风弯矩计算： 将塔沿高分成 6 段（如图 4 所示） 图 4 表 16 塔段号 项目 123456 塔段长度 m 055101015152020252530 2 0 /mnq 441n/m2 1 k 0.7 （b 类） 3.086 （b 类） 1 v 0.720.7f20.790.790.850.85 8 . 0v zi 0.05460.2750.360.5720.791 类bfi 0.811.

38、141.251.7151.8 i zii zi f v k 1 1.151.611.76 塔段号 项目 123456 mm i l 500050005000500050005100 mm 3 k 400 mm 4 k 500 mm ei d 2324 ndl fkkp eiii ii 6 021 10 33005775723895051359615884 0-0截面风弯矩: =1.045065109nmmmmn l l p l pm i 2 2 2 1 2 10 截面风弯矩： mmn l llp l lp l pmw 87282 . 9 2 1000 2 1000 2

39、1000 8 . 0 3 313 2 12 1 1 11 ii-ii 截面风弯距 me=0.4p1（ ）+p2（l1-3000+ ）+p3（l1-3000+l2+） 2 30001l 2 2l 2 3l =8.8817108nmm 5) 最大弯矩最大弯矩 塔底部见面 00 处： 取其中较大值 e wz ew mmm mm m 0000 00 00 max 25. 0 mmnmw 900 10045 . 1 mmnmm we 80000 100 . 525 . 0 截面: mmnmm w 91111 max 102162 . 1 ii-ii 截面mmnmm w 82222 max 10882 .

40、 8 第三节第三节 应力校核应力校核 1) 圆筒应力校核：圆筒应力校核： 验算塔壳截面处操作时和压力实验时的强度和稳定性 计算截面 计算截面以上的塔操作质量 31300 计算截面的横截面积 ei da 48380 塔壳有效厚度 e 11mm 计算截面的截面系数 ei dz 2 785 . 0 1.692107 最大弯矩 22 max m 8.82105 许用轴向压应力取小值（k 取 1.2） t cr k kb 9 . 0 192mpa 许用轴向拉应力 t 2 . 1 195.6mpa 操作压力引起轴向拉应力 e i pd 4 1 66.8mpa 重力引起轴向应力 a m 22 0 2 6.3

41、4mpa 弯矩引起的轴向应力 z m3 . 0 22 max 3 52.5mpa 轴向压应力 cr 326.34+52.5192 组合拉应力 t k 32166.8-6.34+52.5192 液柱静压力（ t p mpap p p t t 2 . 12 . 0 625 . 2 11 . 225 . 1 25 . 1 26.88mpa 液压试验时计算截面以上的塔的质量 22 t m 2975kg 许用轴向压应力 取小值 s cr k kb 9 . 0 192 mpa 许用轴向拉应力sk9 . 0 340.2 许用周向应力s9 . 0 283.5 mpa 周向应力 s e eit dp 9 . 0

42、 2 液柱静压力 压力引起的轴向应力 e itd p 4 1 83.5 mpa 重力引起的轴向应力 a mt 22 2 13.8 mpa 弯矩引起的轴向应力 w mz 22 3 3 . 0 15.75 mpa 轴向压应力 cr 3229.55168 组合拉应力 s k9 . 0 321 85.45176 2) 裙座壳轴向应力校核：裙座壳轴向应力校核： a、00 截面 裙座壳为圆筒形材料为 16drmn 计算系数： 查得 b=160mpa00188 . 0 094 . 0 e i r a 该塔由风弯矩控制所以不计 ba fm bz m s vg s 1100 max 00 v f 底部截面积：

43、2 61456mmdba ssis 底部截面系数： 3 2 710*198 . 2 cos4 mm d bz ssi s 取 195.6mpa mpak kb t s 6 .1951632 . 1 1921602 . 1 mpa ba mg bz m ss 6 . 19555 00 max 取 19.56mpa 6 . 1951632 . 119 . 0 1921602 . 1 s k kb mpa ba gm bz m ss w 192 2 . 22 3 . 0 max 00 b、管线因出口截面处的组合应力： ,bm=450mm,lm=110mm,dim=1398mmmmh1000mm es

44、 75.10,14mm m kgm32650 11 0 asm=dim=54232mm2 es 截面系数：zsm=1.6751073 应力校核： smsm a m z m 11 11 max0 t s k kb 即： 263my 所以：ms=mx=11632nmm 基础环的厚度： 取 mm m b s b 3 . 22 148 1163266 mm b 30 2）地脚螺栓计算：）地脚螺栓计算： 地脚螺栓承受的最大拉应力： = （最大值） b 00 0 0000 min 00 25 . 0 v b ewe bb ew fgm z mmm a gm z mm 得=2。45mpa. b 地脚螺栓螺纹

45、小径计算： mmc n a d bt bb 5 . 32 4 21 腐蚀余粮取 3mm. 材料 q235a. 选用螺栓 m364 则地脚螺栓 m364，共 16 个 3）肋板计算：）肋板计算： l2=138mm; =14mm; n1=2; g 一个地脚螺栓所承受的最大拉力： n n a f bb5 1002 . 2 肋板细长比： 1 . 37 5 . 0 l lk 临界细长比： 3 . 153 6 . 0 2 g c e 故 c 肋板许用压应力： v g c c 2 4 . 01 其中：539 . 1 3 2 5 . 1 2 c v 则 mpa v g c c 4 . 88 539 . 1 1

46、40 3 . 153 1 . 37 4 . 01 4 . 01 2 2 肋板压应力： 4 . 88 3 . 52 2 ln f g g 所以： c g 4）盖板计算：）盖板计算： 盖板为有垫板的环形盖板 2 24 2 32 3 44 3 zc z dlll fl 式中：； ； ； ; 138 2 14241700 2 l110 4 l110 3 l22z16 c 最大应力：mpa z 140 2 . 91 所以： z z 盖板厚度 16mm，垫板厚度 22mm 裙座与塔壳对接连接焊逢校核： 6 . 0 4 0 2 max t w esitesit d gm d m 即 36.3117 焊逢验算

47、合格。 第五节第五节 补强计算补强计算 1）塔顶蒸汽出孔）塔顶蒸汽出孔 接管的材料为 20#钢，壳体材料为 16mndr fr强度削弱系数： 84 . 0 163 137 r t n r f （1）所削弱面积： ret fda12 其中为开孔出计算厚度，封头为标准椭圆形封头=10.5mm c t iic p dkp 5 . 02 接管的有效厚度: =6-1.5=4.5mm et 开口直径：d=di+2c=209 所以：a=（100+12）11.3+211.34.5（1-0.84）=12181.92 （2）有效补强范围 a、有效宽度 b= 24522d 4182d ntn 取大值 b=418mm

48、 b、有效高度 =25.9mm nt d6112 外侧有效高度：h1=53.4 取小 h1=35.4m d 200 n 内侧有效高度:h2= 取小 h0=0mm 0 n d (3)有效补强面积 封头多余金属面积 a1=（b-d）(e-)-2et（e-） （1-fr）=103mm2 接管的计算厚度=1.85mm2 c t ic t p dp 2 a2=2h1(et-t)fr+2h2（et-c）fr=187mm2 接管区焊缝面积:a3=20.566=362 有效补强面积:ae=a1+a2+a3=3262 另外所须补强面积:a4=a-ae=18852 根据公称直径 dg200,采用补强圈补强. 2)

49、 人孔的补强计算人孔的补强计算 人孔筒节的材料为 16mndr，壳体材料为 16mndr fr强度削弱系数: 1 163 163 r t n r f （1）所削弱面积： ret fda12 其中为开孔出计算厚度，筒壳的厚度=9.95mm c t ic p dp 2 接管的有效厚度: =12-1=11mm; et 开口直径：d=di+2c=458 所以：a=1842 （2）有效补强范围 a、有效宽度 b= 取大值 b=916mm 49422d 9162d ntn b、有效高度 =74.1mm nt d 外侧有效高度：h1=53.4 取小 h1=53.4mm d 200 n 内侧有效高度:h2=

50、取小 h0=0mm 0 n d (3)有效补强面积 筒体多余金属面积: a1=（b-d）(e-)-2et（e-） （1-fr）=232mm2 接管的计算厚度=3.57mm c t ic t p dp 2 接管多余金属面积： a2=2h1(et-t)fr+2h2（et-c）fr=1296mm2 接管区焊缝面积:a3=20.566=362 有效补强面积:ae=a1+a2+a3=22842 另外所须补强面积:a4=a-ae=4572-2284=22882 根据公称直径 dg450,采用补强圈补强. 3) 进料管接管补强进料管接管补强 筒节的材料为 16mndr，壳体材料为 16mndr fr强度削弱

51、系数: 1 163 163 r t n r f （1）所削弱面积： ret fda12 其中为开孔出计算厚度，筒壳的厚度=9.95mm c t ic p dp 2 接管的有效厚度: =4-1=3mm; et 开口直径：d=di+2c=184mm 所以：a=1842 （2）有效补强范围 a、有效宽度 b= 取大值 b=368mm 22522d 3682d ntn b、有效高度 =33.2mm nt d 外侧有效高度：h1=53.4 取小 h1=33.2mm d 200 n 内侧有效高度:h2= 取小 h0=0mm 0 n d (3)有效补强面积 筒体多余金属面积: a1=（b-d）(e-)-2e

52、t（e-） （1-fr）=94mm2 接管的计算厚度=1.72mm c t ic t p dp 2 接管多余金属面积： a2=2h1(et-t)fr+2h2（et-c）fr=164mm2 接管区焊缝面积:a3=20.566=362 有效补强面积:ae=a1+a2+a3=3022 另外所须补强面积:a4=a-ae=16352 根据公称直径 dg450,采用补强圈补强. 第三部分第三部分 吊柱的强度计算吊柱的强度计算 1）设计载荷）设计载荷 设计载荷：w=2.2w0 式中 w0起吊载荷 n0,取 100kg; w=2200n; 吊柱材料为 20#无缝钢管，其他各件采用 q235a, 吊柱与塔连接的

53、衬板应与塔本体材 料相同。 2) 曲杆部分的校核曲杆部分的校核 吊柱的受力图如下： 图 5 吊柱受载荷情况如上图所示 ad 段可按受弯矩及轴向力作用的曲杆计算，其中轴向 压缩应力: =0.82mpa a w c 弯矩发生的最大值发生在 a 点，在 a 点的内侧受压缩，压应力 =0.19mpa 2 2 1 1 1 1 d r d kar m mc 在 a 点外侧手到拉伸应力 =0.187mpa 2 2 1 1 1 1 d r d kar m mt 是压应力，而且其值大于. wc wt 断换算系数： =2.7 r dd k 16 2 2 2 1 最大应力: mpa cmc 181 . 0 19 .

54、 0 max 2）柱的校核）柱的校核 吊柱的 ab 段可视为 b 端固定，a 端受自由载荷的长柱。 柱中的应 (pa)计算式为： 最大应力出现于处，展开 sec 并舍去高次相得 sec1 2 i ra w 2 1 d 2 2 1 2max 5 . 01 2 i r sd a w a w 其中 吊柱断面中心至断面任一小单元的距离 cm， 2 2 1 i l a w e ri吊柱断面的惯性半径 e弹性模量 lab 段的长度 l=3400-900-1000=1500mm 对于圆管 ri=17.4 2 2 2 1 4 1 rr =0.77310(-6) 2 2 1 i l a w e =1.06 mp

55、a 2 2 1 2max 5 . 01 2 i r sd a w a w 在此温度下 20#钢的许用应力t=130 mpa 所以吊柱校核合格 参考文献参考文献 1. 姚玉英等.化工原理，下册.天津：天津大学出版社，1999.8 2. 化工设备设计手册编写组.金属设备，上册：上海人民出版社，1975.7 3. 化工设备设计手册编写组.金属设备，下册：上海人民出版社，1975.7 4. 化工设备设计手册编写组.材料与零部件， （上）：上海人民出版社，1973.8 5. 化学工业部设计技术中心站，广西大学.塔设备设计：上海科技技术出版社，1985. 6. 石油化工技术参考资料.轻碳轻化合物数据手册，

56、第一册，燃料部第五化工设计院，1971 7. 石油化工技术参考资料.轻碳轻化合物数据手册，第二册，燃料部第五化工设计院，1971 8. 基础化学工程编写组.基础化学工程，上海，上海科技技术出版社，1979.12 9. 北京化工研究院“板式塔”专题组.浮阀塔，北京：燃料化学工业出版社，1970.12.15 10.天津大学基本有机化工教研室主编.基本有机化学工程，天津：人民教育出版社 11.化工设备指导性技术文件 tced.化工设备图样技术要求，tced41002-2000：全国化工设备技术 中心站，2001.11 12.gb150-1998 钢制压力容器 13.hg20580-1998 钢制化工

57、容器设计基础.国家石油和化学工业局 14.hg20581-1998 钢制化工容器材料选用规定. 国家石油和化学工业局 15.gh20582-1998 钢制化工容器强度计算规定. 国家石油和化学工业局 16.hg20583-1998 钢制化工容器结构设计规定. 国家石油和化学工业局 17.hg20584-1998 钢制化工容器制造技术规定. 国家石油和化学工业局 18.hg20585-1998 钢制低温压力容器技术规定. 国家石油和化学工业局 19.hg20652-1998 塔器设计技术规定 20.hg21514-1998 碳素钢、低合金钢制人、人孔和手孔：化学工业部 21.jb4710-92

58、刚制塔式容器，中华人民共和国机械电子工业部, 中华人民共和国化 学工业部、中华人民共和国劳动部、中国石油化工总公司 发布 附录附录 英文翻译英文翻译 packed tower in comparison with tray towers, packed towers are suited to small diameters, whenever low pressure is desirable, whenever low holdup is necessary, and whenever plastic or ceramic construction is required. applica

59、tions unfavorable to packings are large diameter towers, especially those with low liquid and high vapor rates, because of problems with liquid distribution ,and whenever high turndown is required. in large towers, random packing may cost more than twice as much as sieve or valve trays. depth of pac

60、king without intermediate supports is limited by its deformability; metal construction is limited to depths of 2025ft,and plastic to 1015ermediate supports and liquid redistributors are supplied for deeper beds and at sidestream withdrawal or feed points. liquid redistributors usually are need