甲醇精馏塔机械设计部分

1、厦 门 大 学 化 工 系课程设计 机械部分计算说明书设计题目： 甲 醇 精 馏 塔 专业： 化工工艺学 号： 姓 名： 2005年07月23日 目录一、 前言.3二、 塔设备任务书.4三、 塔设备计算.4(一) 选择塔体和裙座材料,4 (二) 计算筒体和封头壁厚.4(三) 塔高计算.5(四) 塔设备质量载荷计算.5(五) 风载荷与风弯矩计算,7(六) 地震载荷与地震弯矩计算.8(七) 偏心载荷与偏心弯矩计算.9(八) 最大弯矩计算.9(九) 危险截面的强度和稳定性校核.9(十) 基础环设计11(十一) 地脚螺栓计算13四、 计算结果表.14五、 参考文献.14六、 符号表.14七、 结束语.

2、15一、 前言塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面，本课程设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对他设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行结构设计。本设计采用的是填料塔。填料塔的主要特点类型填料塔结构特点塔内设置有多层整砌或乱堆的填料，如拉西环、鲍尔环、鞍形填料等。填料为气液接触的基本元件。操作特点微分式接触，可采用逆流操作，也可采用并流操作。设备性能空塔速度（生产能力）低小塔径、小填料的塔效率高，直径大效率低压力降小要求液相喷淋量较大持液量小制造与维修造价比板式塔便宜检修清理困难可采用非金属材料制造使用场合处理强腐蚀性物料液气比大真空

3、操作要求压力降小二、 塔设备任务书简图与说明比例设计参数及要求工作压力，mpa0.02塔体内径，mm400设计压力，mpa0.03塔高，mm12200工作温度，103设计寿命，年20设计温度，150浮阀(泡罩)规格/个数介质名称甲醇水浮阀(泡罩)间距，mm介质密度，kg/cm3887.8保温材料厚度，mm100传热面积，m2保温材料密度，kg/cm3300基本风压，n/ m2500塔盘上存留介质层高度，m100地震基本烈度9壳体材料q235-a场地类型内件材料塔形裙座材料q235-a塔板数目11偏心质量，kg2000塔板间距，m0.5偏心距，mm500腐蚀速率，mm/年0.1接 管 表符号公称

4、尺寸dn连接面方式用途符号公称尺寸，dn连接面方式用途a 1,250通风孔g32突面回流口b 1,232突面温度计h 1-425突面取样口c133突面进气口i 1,232突面液面计d 1,245突面加料口j38突面出料口e 1,232突面压力计f152突面排气口三、 塔设备计算(一) 选择塔体和裙座材料由于设计压力p0.05mpa（表压）属于低压分离设备，属于一类容器；介质腐蚀性小，故选用q235-a号钢材作为材料。(二) 计算筒体和封头壁厚1. 筒体壁厚按强度条件，筒体所需厚度 式中：q235a在温度为150时的许用应力，查表得为113mpa塔体焊缝系数，采用双面对接焊，局部无损探伤，查表得

5、0.85c1钢板壁厚负偏差，估计壁厚在8mm左右，查表得c10.8c2腐蚀裕量，为腐蚀速率设计年限0.1202mm上述数值代入上式可得：按刚度要求，取，考虑到此塔较高，安装地区风载荷较大，而塔的内径较小，故增加壁厚。现假设塔体厚度，则假设的塔体有效厚度 圆整后，取，。现采用标准的椭圆封头，其壁厚采用与筒体相同的壁厚，即。(三) 塔高计算：由化工设计可知：精镏段填料高度为4.2m，提镏段填料高度为3.5m，塔顶与回流段各为1m，塔底进气段为1m，裙座2m，因此总高为1+4.2+0.5+3.5+1+212.2m。(四) 塔设备质量载荷计算1. 塔体重量载荷计算1) 塔体重量载荷 2) 内件重量载荷

6、查表可得填料单位重量载荷为7800n/m3，由工艺条件可知全塔填料高度为精镏段4.2m、提镏段3.5m。筛板单位重量载荷为650n/m2，余隙系数0.96，由此可得内件重量载荷： =0.33+0.3=0.63kn3) 保温层重量载荷保温材料厚度，密度为300kg/m3 4) 平台质量载荷因该塔不适合于开人孔及手孔，故不使用平台。5) 物料重量载荷 由工艺条件可知：塔高为12.2m，余隙系数0.96，持液量a0.3 q4=0.50.7850.42×12.2×887.6×9.81×0.96×0.31.92 kn6) 裙座重量载荷 7) 充水重量载荷

7、 =1.532 kn8) 附件重量载荷估取9) 塔体操作时的重量载荷qh=q1+q2+q3+q4+q7=16.222 kn10) 塔体与裙座操作时重量载荷q0=qh+q5=17.832 kn11) 全塔最大重量载荷(水压试验时塔的重量载荷最大)qmax=q1+q2+q3+q5+q6+q7=16.912 kn12) 全塔最小重量载荷(设备安装时重量载荷最小)qmax=q1+q2+q3+q5+q7= 15.38 kn(五) 风载荷与风弯矩计算全塔高分3段计算，各段的风压由下式计算： 风压载荷在任意截面ii上，引起的风弯矩可由下式计算： 段序0123取值依据段距02255101012. 2单位(m)

8、k10.7k21.8q0(pa)500fi0.780.781.01.15 【2】表a6hi(m)2351. 5计算段高度k3(m)0k4(m)0平台数为0def(m)0.6180.6180.6180.618pi(n)607.4911.11946.7671.6危险截面取00，11截面，如图所示，危险截面上的风弯矩为： (六) 地震载荷与地震弯矩计算塔的h/di=12.2/0.4=30.5>15，应按下式计算： 1. 截面00地震弯矩可由下式计算：对于圆筒直立设备，取c0.5， q0是设备操作总重载荷，q016.85kn，据【2】表a8可得，9级地震烈度则取max0.9，对于类场地，则0.3

9、max0.27，由【1】图99可查得，因此按下式计算： 又因为h/di=12.2/0.4=30.5>15，塔为柔性构件，验算时取 2. 截面11地震弯矩可由下式计算 式中，h是11截面距地面高，h2m，则：meh=14.09 n·m又因为h/di=12.2/0.4=30.5>15，塔为柔性构件，验算时取meh=1.25meh=17.65n·m(七) 偏心载荷与偏心弯矩计算根据已知条件：me2000kg，e0.5m (八) 最大弯矩计算 根据 同理可得(九) 塔体和裙座危险截面的强度和稳定性校核塔体与裙座连接处为11截面为危险截面。1. 塔体危险截面(11)的各项

10、轴向应力计算2. 塔体11截面抗压强度及轴向稳定性校验 式中： 查得q235-a在150时的因此塔底11截面满足抗压强度及轴向稳定条件。3. 塔底11截面的抗拉强度校核式中： 故满足抗拉强度条件。4. 水压试验时的塔体强度校验 水压试验应力应满足下式：取，塔体高度9.5m，取p0.095mpa试验水压 结论安全充水后轴向应力的强度和稳定条件为：式中：取，故上条件式引入各值：上述各项校核表明，塔底厚度，可以满足整个塔体的强度、刚度及稳定性要求。5. 裙座强度及轴向稳定性校核裙座危险截面取在座圈基底00截面设裙座厚度，厚度附加量c1mm，则裙座有效厚度1) 00截面的轴向应力计算操作时全塔重量引起

11、的压应力： 风载荷引起的00截面的弯曲应力：2) 裙座底部00截面的强度及轴向稳定性校核裙座材料采用16mn钢，查【1】表86得：即裙座出现失稳前，材料已达到弹性极限，因此强度是主要制约因素。因此满足强度及稳定性要求。3) 焊缝强度 此裙座与塔体采用对接焊，焊缝承受的组合拉应力为：式中：为焊缝材料在操作温度150的许用应力，从【1】表88查得因此焊缝强度足够。(十) 基础环设计1. 基础环内外径计算外径内径混凝土基础强度校核正常操作时 水压试验时 式中ra5.5mpa(查表得标号为100的混凝土许用应力)，因此混凝土基础满足强度要求结论：所选用的db0，dbi可行2. 基础的厚度计算 采用n=

12、16个均布的地脚螺栓，将基础环固定在地上，基础环上筋板(设厚度)间的距离为：基础环的外伸宽度为：两筋板基础环部分的长宽比：查表得：基础环采用的q235-a， ，其厚度为： 可取(十一) 地脚螺栓计算1. 螺栓根径计算 风载时螺栓承受的最大应力为： 地震载荷作用时承受的最大应力： 取两者的较大值，故取由于>0，为拉应力，设备可能翻倒，必须安装地脚螺栓。若材料选用16mn取，则螺栓根径为 式中n为地脚螺栓数，即n16。查表选用m24的地脚螺栓。2. 螺栓座尺寸据地脚螺栓公称直径，查表可得螺栓座尺寸如下： d130mm，d236mm，s124mm，s212mm，h1300mm，l120mm，l

13、1170mm，d1db0130716-130586mm，b(db0-ds0)/2=(716-416)/2=150mm.。四、 计算结果表名称名义厚度n(mm)公称直径dn(mm)材料个数筒体8400q235-a1封头8400q235-a2裙座840016mn 1基础环28外径：716内径：116q235-a1地脚螺栓2416mn16五、 参考文献1董大勤，化工设备机械基础，北京：化学工业出版社，20032詹长福，化工设备机械基础课程设计指导书，北京：机械工业出版社，19923 蔡纪宁，张秋翔，化工设备机械基础课程设计指导书，北京：化学工业出版社，20004贾绍义，柴诚敬，化工传质与分离过程，北京：化学工业出版社，2001六、 符号表符号名称单位符号名称单位p设计压力mpa裙座底部截面弯矩n·mh填料塔高度m裙座底部地震弯矩n·mdi填料塔内径mm塔体底部地震弯矩n·mc1钢板厚度负偏差mmmc偏心弯矩n·mc2腐蚀裕量mme偏心距mmn塔体名义厚度mmqc偏心载荷ne塔体有效厚