塔设备设计说明书

1、化工设备机械基础塔设备设计课程设计说明书学院：木工学院班级：林产化工0 8学号：035036姓名：万永燕郑舒元分组：第四组目录前言摘要塔设备是化工、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。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

2、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。板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平 塔板，塔板上开有

3、很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两 相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价 低，检修、清理方便关键字塔体、封头、裙座、 。第二章 设计参数及要求符号说明Pc 计算压力， MPa ；Di 圆筒或球壳内径， mm； Pw 圆筒或球壳的最大允许工作压力， MPa ； 圆筒或球壳的计算厚度，mm ； n 圆筒或球壳的名义厚度，mm ；e 圆筒或球壳的有效厚度，mm ；t-圆筒或球壳材料在设计温度下的许用应力，MPa ;圆筒或球壳材料在设计温度下的计算应力，MPa ；- 焊接接头系数；C 厚度附加量，mm；.设计参数及要

4、求1.2.1设计参数设计参数工作压力塔体内径1200计算压力塔高28680工作温度120设计寿命设计温度150浮阀规格介质名称浮阀间距介质密度800保温材料厚度100传热面积保温材料密度300基本风压400塔盘上存留介质层咼 度100地震基本烈度9壳体材料16MnR场地类别II内件材料塔形42裙座材料Q-235-A塔板数目偏心质量4000塔板间距偏心距2000腐蚀速率1.2.2设计要求(1)塔体内径 Di =1200 mm,塔高近似取 H=28680mm(2) 计算压力pc 0.20MPa，设计温度t=200 C。2(3) 设计地区：基本风压值 q 400N/m，地震设防烈度为 8度，场地土类

5、：1类，设计地 震分组：第二组，设计基本地震加速度为。( 4) 塔内装有 N=26 层浮阀塔，每块塔盘上存留介质层高度为hw 60mm ，介质密度为31 794 . 5kg / m3 。(5) 沿塔高每 6块塔板左右开设一个手孔，手孔数为 3个，相应在手孔处安装半圆形平台 3个，平台宽度为B=800mm高度为1000mm(6) 塔外保温层的厚度为 s 100mm操作质量为me 2000kg/ m3.。(7) 塔体与封头材料选用16MnR,其中 t 170MPa， 170MPa， s 345Mpa，5E 2.0 105 Mpa( 8) 裙座材料选用 Q235-A。( 9) 塔体与裙座对接焊接，塔

6、体焊接接头系数0.85。(10)塔体与封头厚度附加量 C=2mm裙座厚度附加量 C=2mm第二章 材料选择概论塔设备与其他化工设备一样，置于室外，无框架的自支承式塔体，绝大多数是采用钢材制造的。 这是因为钢材具有猪狗的强度和塑性，制造性能较好，设计制造的经验也比较成熟，因此，在大型 的塔设备中，钢材更具有无法比拟的有点。塔体材料选择设计中塔体的材料选择是： 16MnR ；塔体是塔设备的外壳， 由等直径和等壁厚的圆筒和两个封头组成，塔体除满足工艺条件下的强度、刚度外，还应考虑风力、地震、偏心载荷所英气的强度、 刚度问题，以及吊装、运输、检验、开停工作等的影响，所以选择塔体的材料很重要。裙座材料的

7、选择设计中裙座材料的选择是：Q235 A ;塔体裙座是塔体安放到基础上的连接部分，它必须保证塔体坐落在确定位置上进行正常工作，为此，它应当具有足够的强大和刚度，能够承受各种操作情况下 的全塔质量，以及风力、地震等引起的载荷。第三章塔体的结构设计及计算按计算压力计算塔体和封头厚度(1)塔体厚度计算PcDipC.9 12003.75mm2 170 0.85 0.9取 =4m m ,考虑厚度附加量 C=2m m,经圆整，取n 8mm, e 6mm 。(2)封头厚度计算采用标准椭圆形封头:PcDict2Pc0.9 12003.74mm,2 170 0.85 0.5 0.9取 =4mm,考虑厚度附加量

8、C=2mm经圆整后，取n 8mm , e 6mm。塔设备质量载荷计算1、筒体圆筒、圭寸头、裙座质量圆筒质量：m 265 26.386990.7kg封头质量：m2130 1.2 156kg裙座质量：m3265 2.2582 kgmoim01 叶 m2 m36990.7 156 5827729(kg)m02275 420.785 1.227D（由表8-1查得浮阀塔盘质量为75 423561kg75kg/m 2)3、保温层质量m)3mo322 Di 2 n2 H02m30.7851.2 220.008 2 0.11.20.00826 3002 (1.54 1.18) 300说明：（1）塔体圆筒的总高

9、度为 H 026.38mm（2）查得DN 1200mm,厚度8mm的圆筒质量为265kg/m（3）查得DN 1200mm，厚度8mm的椭圆形封头质量为130kg /m（4）裙座咼度为2020mm2、塔内构件质量m23234kg其中，m3为保温层的质量,kg4、平台、扶梯质量m04m04Di 2 n42 2B 2 DiqFHf0.7851.2 20.008 2 0.1 21.22 0.00822 0.10.5 3 150 40 39 说5262 kg明：由表 8-1查得，平台质量qp2150kg/m ；笼式扶梯质量 qF40kg / m ；笼式扶梯总高H f 39m ；平台数量n=8。4、操作时

10、物料质量m5m054 D0 1Vf0.785 1.220.142 8000.785 01.22 1.8 800 1 8006370kg3说明：物料密度N=42.，塔板上液层高度800kg / m，塔釜圆筒部分深度h0=，塔板层数33 1433hw 0.1m，由表4-21查得，封头容积 V Di1.2 1m o24245、附件质量ma按经验取附件质量为 ma 0.25m010.25 8374 1932 kg6、冲水质量mwmw -DH w w 2Vf w 0.785 1.2226 10002 1 100032180kg 其 中4w 1000kg/ m38、各种质量载荷全塔操作质量（kg）m m1

11、0.2m2 m3 m5 ma me 32088全塔取小质量（kg）mm1m2m3m5 ma m。 22869水压试验时最大质量（kg）mm1 m2m3m5 ma mwme 64268风载荷和风弯矩（1）风载荷计算示例2-3段为例计算风载荷:6p3k1k23q0 f3l3De3 100.7 1.205 400 1 5 2.298 3539N（2）各段塔风载荷计算结果计算段limmN17172352143454635019353947170884857170120656717010019（3）风弯矩计算截面0-0 :0 0hM wPi 27.31P2U11082)-.(l1 I2 I3l4l52)

12、截面1-1 :1 1JM wp2 -2p3(l22)-.唄2 l3l4 l52)6.65108截面2-2 :2 2 12M wP32P4(l32)-.唄3 l42)6.43108地震弯矩计算地震弯矩计算截面0-00 0 16M eaimgH3516 0.057 32088 9.81 286803582.683 100 0 0 0 8 8Me 1.25M e 1.25 2.683 103.354 10截面1-1ME1 8a1m2g5(10H3.514H2.5h 4h35)17 5H8 0.057 彳208,9&(10 286803.5 14 2868025 717 4 71735) 175 28

13、680 .84.3 101 1 1 1 M e 1.25M e 1.25 4.3 105.466 10截面1-1ME 2 8a1m0f5 (10H3.5 14H 25h 4h35)E 175H 2.58 O.057 佃瀆 9.812868035 14 2868025 2651 4 265135)175 2868(/.52.369 108M E 2 1.25ME 21.25 2.369 1082.961 108各种载荷引起的轴向应力（1）计算压力引起的轴向拉应力pcDi0.88 12001 G744其中,6(mm)（2）操作质量引起的轴向压应力截面0-00 00 m gAsb0 0m。 gDis

14、 es32088 98113.92(Mpa)3.14 1200 6令裙座厚度8mm，有效厚度 es8 2 6(mm); AsbDis es。截面1-1m01g 31298 9.81Asm5860314.89(Mpa)式中，m： 23208856631522(kg)；Asm为人孔截面的截面积，查相关标准得:2Am 58630mm截面2-22mb其中，m22320882gAsb2 2mgDi e12.31(Mpa)566 314928373(kg);A Di e。（3）最大弯矩引起的轴向应力截面0-0M 0 00 0 M max3ZsbMma08.0948 108D2is es0.785 1200

15、2 8吩)4es0 01 1M max3Zsm7.34 10827677000其中,M 1 1maxmW1 Me 6.56 1 080.7848 1 087.34 108( N.mm)Zsm为人孔截面的抗弯截面系数，查相关标准得:Z sm27677000mm3。其中，Mma0 mW0 Me 7.31 1080.7848 1 088.0948 1 08(N.mm)sb截面1-126.54(Mpa)截面2-2Mmax4d10820.785 120087.2163.83( Mpa)其中，Mma2mW2Me6.43 1 080.7848 1 087.2148 1 08(N.mm)塔体和裙座危险截面的强

16、度与稳定校核(1)塔体的最大组合轴向拉应力校核截面2-2塔体的最大组合拉应力轴向发生在正常操作的2-2截面上。其中,F 170 Mpa ;0.85; K 1.2; K F 173 .4(Mpa )2 2max44 12.31 63.83 95.52(Mpa)173.4Mpa满足要求(2)塔体与裙座的稳定校核截面2-2塔体截面2-2上的最大组合轴向压应力2 2max12.31 63.8376.14(Mpa)ma276.14Mpa cr min KB,K f min138,204138(Mpa)满足要求其中，0.0940.0940.00094查图得R/ e 600/616MnR,200 C) B

17、115Mpa, t170Mpa,K 1.2 o截面1-1塔体1-1截面上的最大组合轴向压应力i 1 max314.89 24.5439.43(Mpa)max 39.43Mpa咯min KB, K t min129,135.6129(Mpa)满足要求其中，0.094Rs / es0.094600/60.000940 00 0max20 013.920 0max85.63Mpa咯min KB,K满足要求其中，B107.5Mpa; t113Mpa; K截面0-0塔体0-0截面上的最大组合轴向压应力查图得(Q235 AR,200 C) B 107.5Mpa, t 113Mpa, K 1.2 o71.6

18、185.63( Mpa)t min 129,135.6129( Mpa)1.2(3)各危险截面强度与稳定校核汇总项目计算危险截面0-01-12-2塔体与裙座有效厚度e e/ mm666截面以上的操作质量/ kg320883220430091计算截面面积A /kgAsb 22608Asm 58630A 22608计算机面的抗弯截面系数 Z1 1 /mm3Zsb 314 105Zsm 276.77 1C5 Z 314 105最大弯矩M max /( N .mm )&0948 1087.3448 1087.2148 108最大允许轴向拉应力 K t /Mpa-最大允许轴向压应力/ MpaKB1291

19、29138K t204计算引起的轴向拉应力1/Mpa0044计算引起的轴向压应力2j / Mpa最大弯矩引起的轴向应力3j / Mpa最大组合轴向拉应力max / Mpa最大组合轴向压应力m；x / Mpa强度2 2Ktmaxd LJ强度与稳定校核稳定性0 0 maxL crminKB,K t满足要求1 1 maxL crmin KB,K t满足要求1 1 maxL crmin KB,K t满足要求塔体水压试验和吊装时的应力校核3.7.1水压试验时各种载荷引起的应力1试验压力和液柱静压力引起的环向应力PT液柱静压力Djei150.75mpaeiPt 1.25 pf 1.25 0.88 1.1m

20、pa液柱静压力=2. 试验压力引起的轴向拉应力PtD55mpa3. 最大质量引起的轴向拉应力2 2；2 mmaxg 27.89mpa4 e4. 弯矩引起的轴向应力2 20.3MW Me40.01mpa4D e3.7.2水压试验时应力校核1筒体环向应力校核0.9 s T所以满足要求2 2max2最大组合轴向拉应力校核67.12mpa又max0.9 s所以满足要求3最大组合轴向压应力校核2 22 2 2 2max23crmin KB,0.9 s满足要求塔设备结构上的设计3.8.1基础环设计1基础环尺寸取Dob Dis 3001200 3001500(mm)DibDis 3001200300900(

21、 mm)2.基础环应力校核0 0M max bmaxmaXZbmtg 0.3MW 0 Memmaxg其中Ab-D0b4Dib2 2 20.785(1500900 )1130400 mm(1)(2)选用ZbD0b32D0bb maxb maxZb0.3MWZb315004 90042.9 108mm332 1500Ab0 Me75号混凝土。查表得 Ra3.基础环厚度计算b 170mpa；C 2mmb 1Dob假设螺栓直径为Mx0.14823.07mpa于1.587mpa取以上两者中的较大值bmax3.5mpa;bmax 2.05 Ra 3.5mpa，满足要求1 150012002 6144mm2

22、M42由表8-11查得L=160mm当b/l=时，由表2bmaxb9039.7( N / mm)取其中最大值：故(D 2 )8-10查得:2.05mpa，M y 0.0848 bmaxl213675 N / mmMS 13675( N.mm)按有筋板时假设基础环厚度:b6Ms C6 13675 327.2mm 圆整后取 b14028mm3.8.2地脚螺栓计算1.地脚螺栓承受的最大拉应力0 0 0 0 0 0MwMe mug Me 0.25MwMe mgb max, 一ZbAbZbAbmmin 22869kgME 03.354 108N.mm寸 MW 07.31 108N.mm,m032088k

23、gZb 2.9 108mm3A 1130400mm2(1)0 0Mw MeaimingZbAb7.31 108 0.7848 108 22869 9.182.9 10811304002.58mpa(2)ME 0 0.25MW 0 MeaimingZb1.13mpa取以上两数中的较大值，B 2.58mpa2.地脚螺栓的螺纹小径查表得M42螺栓的螺纹小径0，选取地脚螺栓个数 n36; bt 147Mpa;C23mm。d1C229.50(mm)查表得M34地脚螺栓的螺纹小径 d1 29.50mm，故选用36个M 34的地脚螺栓，满足要求板式塔的总体结构小结此次实习我们主要的任务是对他设备的各个部件进行设计和校核，在结构上，我们分别对塔盘 结构，塔体空间，人孔数量及位置，仪表接管选择，工艺接管管径计算等方面的设计，在校核方面， 分别对其强度，刚度，稳定性进行了校核，在制图方面，我们分别绘制了塔设备的装配图和零件图。我们的设计计算步骤大致分为三部分：（1）根据GB150规定，通过已知