DN1600二氧化硫吸收塔机械设计

1、DN1600二氧化硫吸收塔机械设计摘 要 填料塔作为现代化工机械设备非常重要的一类，在现实中的应用也是越来越频繁。本课题所设计的填料塔用于吸收工业废气中的二氧化硫。针对该填料塔的性能，本文根据理论计算方法和结构分析，对其进行了设计。 本文首先了解填料塔的发展历史、基本原理、填料类型及其应用，在化工生产中的地位及作用。其次对于填料填料塔进行主体结构计算，材料选择及零部件的结构设计，强度的计算与校核，此外还计算塔体的螺栓、垫片等的厚度。 最后编写填料塔的制造加工工艺、安装过程中需要注意的安全问题及防腐措施。根据设计要求选择合理的结构形式，自行绘制满足设计结构要求的工程图纸。图纸的技术要求需要明确的

2、在图纸上标示出来。 在本次课程设计的主要过程中，一定要按照国家制定的相关规定进行设计，目的是在于保证整个生产过程的安全进行。关键字 机械设计;二氧化硫;填料塔;吸收AbstractPacked column as a modern chemical machinery and equipment is very important class of applications in the real world is more and more frequent. This topic is designed packed column for absorption of industrial

3、emissions of sulfur dioxide. The performance of the packed column for the paper based on theoretical calculations and structural analysis method, it was designed. Firstly, to understand the history of the packed column, the basic principle, packing types and their applications, status and role in ch

4、emical production. Secondly, the filler packed column main structural calculation, structural design and material selection of components, strength calculation and check, in addition to calculating the thickness of the tower bolts, gaskets and the like. Finally, select the manufacturing process to p

5、repare packed tower, installation security and anti-corrosion measures that need attention. According to the design requirements for a reasonable choice of form structure, draw on their own structure to meet the design requirements of the engineering drawings. Technical requirements of the drawings

6、need to be clearly marked out on the drawing. In the main process of the design of the course, it must be designed in accordance with the relevant provisions of the State formulated with the aim is to ensure the safety of the entire production process will be.Keywords mechanical design; sulfur dioxi

7、de; packed tower; absorption目 录1绪论11.1塔设备简述11.1.1 塔设备的发展历史11.1.2 塔设备的分类11.1.3 塔设备的用材11.2 设计任务和理念21.2.1 设计任务21.2.2 设计理念21.3塔填料的类型21.3.1 填料的类型22 填料塔主要部件及其附属件的结构设计42.1圆筒及附属结构设计42.1.1 进料口管52.1.2 视镜52.1.3 人孔和手孔52.2裙座结构及其附属件设计52.3封头的结构设计103 材料选择及塔内零部件结构设计123.1选择塔填料材料123.2填料支承装置的结构设计133.2.1 基本的各方面要求133.2.2

8、 确定结构尺寸133.3填料压板和床层限制板结构设计143.3.1 设计要求143.3.2 确定结构尺寸153.4液体分布装置与再分布装置153.4.1 液体分布装置的设计原则163.4.2 确定结构尺寸163.4.3 液体再分布装置设计原则163.4.4 确定结构尺寸173.5 气体分布器173.6其他外附件的结构设计173.6.1 吊柱的结构设计173.6.2 操作平台与梯子194 计算与校核204.1 塔体轴向稳定性验算204.1.1 圆筒轴向应力计算204.1.2 圆筒轴向稳定性校核204.1.3 圆筒拉应力校核204.1.4 塔体液压试验的应力校核204.2 塔体各项载荷计算224.

9、2.1 塔器质量计算224.2.2 风载荷和风弯矩计算234.2.3 地震弯矩计算244.2.4 各截面最大弯矩的计算244.3 裙座的各类验算254.3.1 座体向应力校核254.3.2 基础环厚度的计算264.3.3 地脚螺栓计算274.3.4 裙座与塔体对接焊缝的验算285.填料塔的安装及运输295.1填料塔的制造295.2 填料塔的安装305.2.1 填料塔的垂直度305.2.2 塔填料的制造与安装305.2.3 封头前的检查305.3 填料塔的运输及其要求30参考文献31致 谢32 IV1绪论1.1塔设备简述1.1.1 塔设备的发展历史 塔设备从十九世纪初期开始广泛的被使用，当时塔设

10、备主要是用于炼油工业。随着迅速崛起的工业发展，塔设备也逐步成为了化工业的主导操作单元。这也是塔设备发展的第一阶段。第二阶段是在二十世纪的二十至五十年代。在这个时期，随着塔设备制造水平的提高，新型的塔内件成就了塔设备的一个新起点。也有先进技术的产生，如乱堆填料的诞生。五十年代至七十年代是属于塔设备发展的第三阶段，一些先进的技术及想法被提出。在塔设计方面形成规范化、科学化、合理化的设计方法。至今，这种设计方法仍被人们广泛使用。第四阶段是七十年代至九十年代，在这个时期，计算机的广泛应用与发展的趋势使得塔设备趋向于大型化、经济化、环保化。一部分新型的塔设备也就诞生出来，如高性能的浮阀塔板的开发与应用。

11、第五阶段则是九十年代之今为止，塔设备制造业也有处在了先进化设备的制造行业。它的设计制造更加趋于科学性与合理性。1.1.2 塔设备的分类自从塔设备发展以来，塔设备已经经过了几百年的发展。它的结构也是衍生出各种形式，用来满足不同场合的操作。通常，人们为了便于研究与比较，我们可以从不同的角度去分类。按照功能不同分类有：吸收塔、萃取塔、精馏塔、解吸塔。而此次我们将要设计的塔设备是属于吸收塔，吸收塔的主要作用是用于气液两相物质的传质和传热。在塔内为两物质提供充分接触的机会，从而迅速反应以达到吸收提取的目的。这样就能把我们需要吸收的物质分离出来。在工业方面，塔的分类一般还是按照塔的内部件结构来进行区分。总

12、的来说有两大类如：板式塔与填料塔。板式塔内安装有塔盘，一般塔盘上会有水层，使得气体从塔底进入后，依次经过塔盘液体起到吸收作用。填料塔则是在塔的内部安装有填料层，气体由下而上经过填料与塔填料接触，从而起到吸收作用。现代工业上，填料塔的使用率要远远高于板式塔。因为填料塔不论在性能、制造、经济效益等方面都要优于板式塔。此次我们设计的塔也是属于填料塔的范畴。1.1.3 塔设备的用材塔设备作为一种支承式塔体且安置在室外的化工设备，故其壳体的选材要优良。钢材作为工业上的常用材料，具有足够强度和韧度，所以壳体选用钢材是最好的。在一些大型的化工设备中，钢材拥有更多优点，因此在化工工程中被广泛使用。塔设备的内件

13、材料选择种类比较多。如填料塔内的一些零部件，在结构、装配和使用条件下，我们还是选用钢材作为主要材料，其他的一些材料作为辅助材料。填料材料的选择也只需考虑成型方面的性能，因此，填料在选材方面就更加广泛。1.2 设计任务和理念1.2.1 设计任务 近年以来，填料塔的发展十分的迅速。国内外对塔填料的研究也取得了很多的成果，不断涌现出来的新型塔填料使得填料塔在化工业占据了主导地位。填料塔作为一种气液传质的设备，塔的结构特点简单、压降小。可用于吸收一些具有腐蚀性的气体。填料塔的优势在于其对气体的吸收等方面有足够的充分的截面吸收气体。板式塔在这方面它的降液管会占据很大一部分的截面积。此次设计的任务是二氧化

14、硫填料塔的机械设计，其中主要做的是塔的总体结构设计、零部件设计等。且塔设备在满足一定经济条件及环境保护的前提下，能同时满足工艺、运输、装配、及维护等条件，确保塔设备的安全生产。1.2.2 设计理念设计方面采用先进的加工工艺，在操作方面严格按照国家标准和行业技术来操作。塔设备用料选择最好的钢材。设计过程中，除了要顾及他的经济效益，还要重点考虑填料塔在环境保护方面的产生的影响。最后设计出先进的、合理的、高效的、环保的设备。设计也是必须依据国家标准和行业标准进行。1.3塔填料的类型1.3.1 填料的类型塔填料作为填料的核心物质，填料选用的好坏直接影响到了塔的性能好坏。所以塔填料一直是最受欢迎的研究对

15、象。填料好坏可以决定一座塔的质量的高低。而到目前为止，填料的分类大体上有两大类：颗粒型填料和规整型填料。这两类有可细分为很多形式、规格的填料，数量高达几百种。在塔填料的历史发展以来，塔填料分类也被细分了很多种类。在一般的化工设备中我们常见到的有a.鞍形填料b.环形填料c.鞍环填料。鞍形填料中矩鞍填料（如下图所示）是一个非常重要的类别。规整填料中种类也是很多，波纹填料是其中重要的代表。作为填料塔的最重要的一部分，填料的要求就显得非常重要。填料基本应该满足的要求：A. 比表面积大；B. 较高的空隙率；C. 符合经济效益要求。图1 陶瓷矩鞍填料结构尺寸图2 塑料矩鞍填料结构尺寸2 填料塔主要部件及其

16、附属件的结构设计 填料塔的总体结构结构如图3所示。主要是由塔体、填料、液体分布装置、填料支承装置、填料压板、气、液进出口等组成。填料塔的传质方式与板式塔不同，填料塔是通过塔内填料连续吸收的设备。图3 填料塔整体结构图2.1圆筒及附属结构设计圆筒作为填料塔的主要外观部件，也是非常重要的一部分。圆筒的结构尺寸主要是壁厚、直径和高度。本次设计给定的参数是塔高15M、塔的内径是1600mm、设计温度是90度、压力是0.12Mpa、腐蚀余量是5mm。 从给定数据可知，只需计算圆筒的壁厚就可以了。根据内压圆筒的厚度计算公式： （1） 式中，设计温度90度的情况下=132MPa ; 在不理想的情况下，焊缝没

17、有损伤是的=0.85。若是在不考虑腐蚀余量的情况下，圆筒的最小壁厚计算： （2）但是那已给出的条件，我们可知腐蚀余量为5mm，所以按要求不小于5mm。 本次设计的塔高为15m，直径为1600mm，且在室外安装。考虑自然条件就显得尤为重要，当塔高超过一定值后，我们就要考虑风载荷。这样，增加塔的厚度是一个优先选择的方法。假设圆筒名义厚度为，则有效厚度： （3）2.1.1 进料口管 如图下所示为液体进料常用的可拆接管型式。进料口一般配有进料堰口，可以使液体均匀通过。同时也提高塔的处理效率。图4 液体进料管2.1.2 视镜 当我们需要观察塔设备内部的情况时，我们可以采用视镜进行观察。同时视镜也可以当做

18、指示镜来衡量物料液面的高低。视镜可以按不同的要求选择安装不同类型的视镜。若是视镜在塔运作时容易被冲击、振动和温度而发生形变。我们可以选用双层的安全视镜，以做到安全生产的要求。2.1.3 人孔和手孔 塔设备再设计时是要设计好人孔与手孔，它的作用是方便检查设备和安装、维修设备的。手孔的开设根据相关数据可知当D1000mm时，至少要开设一个直径400mm的人孔或者是两个直径150mm的手孔。它们的开设是为了有足够的空间来检查塔设备在使用过程中是否产生裂纹、腐蚀、变形等等问题。人孔与手孔的结构设计一般是根据塔设备的初始条件再来查表得到标准而直接使用。2.2裙座结构及其附属件设计 塔体常用支承架构为裙座

19、，裙座的一般分为两种。一般的为圆筒形，如图4所示。另一种是圆锥形裙座，其结构如图5所示。裙座一般由裙座筒体、地脚螺栓、人孔、排气孔、引出管道等组成。图5 圆筒形图6 圆锥形裙座作为塔体的支撑部件，它与圆筒的连接部分有多种不同的方式。下图中塔体与裙座的联接有a.对接接头、b.搭接接头。图7 裙座与圆筒联接焊缝结构 若塔底封头采用拼焊成型，当裙座与塔体焊接时，裙座上与圆筒相连接的部分选择开设缺口来确保塔的性能。缺口的尺寸查表可知当封头厚度小于8mm时缺口的宽度为70,半径为35。当厚度大于8而小于18时，缺口宽度为100mm，半径为50mm。由第2部分可知，缺口宽度K=100，半径R=50 。 最

20、常使用地脚螺栓座的结构尺寸如图7所示，其结构尺寸见表1。图8 螺栓座结构形式表1 外螺栓柱结构尺寸（mm）螺栓d1d1bM2430362412300120+50M27344026M30364228M3642483216350160+50M4248543618M4856604020400200+50M5662684622注：表中tc、等数据均需验算。tb的厚度不小于16mm。且在强度方面螺栓座要比地脚螺栓高。裙座作为支撑塔体的一个部件，我们一般会在裙座上开检查孔，而检查孔开设方式又有两种，分别查表2与表3可知不同裙座尺寸的检查孔的一些数据。表 2 圆形检查孔结构尺寸和数量（mm）裙座直径圆形检查

21、孔数量直径DM中心高H70012501508009001450200900100028002450250900300046002500250950表3 长圆形检查孔结构尺寸和数量（mm）裙座直径长圆形检查孔数量WM检查孔长L80090014001807001000280024001809003000460024502001200经过多次比较与验算，决定采用长圆形检查孔，数量=2， 为了避免塔在运行过程中，有气体泄露而威胁到工作人员的生命安全，我们需在裙座上开设排气孔或者排气管。排气孔和排气管的数量及规格见表4。表4 排气孔与排气管数量及规格塔径DNmm无保温有保温排气孔尺寸dmm排气孔数目排气

22、孔距离Hmm排气管尺寸mm排气管数目mmmm21404241808944422010844表中：（1）表示的是排气孔距离裙座顶端距离 （2）表示的是与封头相关的参数 （3）表示保温层厚度 排气管我们将其安装在裙座上，它的安装对以后的设备维修以及整个生产安全来说都是非常重要的。在一个塔类设备设计中，确定好排气管的数量为设备安全与经济效益做出贡献。在确定数目是，我们经过前人的多番检验与核算。现在我们可以通过查询表格得知大致的数据。具体情况下，按具体情况分析。 经过多方验证，我们选用的排气孔是塔径在12002400的数据，具体的数据为，数量一共有4个。然而排气管与排气孔相互配合使用的，所以它的个数也

23、有4个。规格则是。在填料设计过程中，塔底会在设计时设计出料接管。出料有可能是液体，也有肯能是气体。并且此次设计中有二氧化硫物质的存在，故收集到的液体与气体具有腐蚀性。我们选用如下图所示的经典接管结构，它的的结构是将安放在裙座的引出管道内。其中接管的直径一般是要小于裙座的内径的。塔底出料接管的常见结构如下图所示：图9 塔底出料口结构图 当液体从出料管流出时会形成漩涡而产生吸力，有可能会将气体从塔内带出。这样就影响到了塔的生产效率及产品质量，而降低了客户经济收益。这类问题的解决办法是在出料管端部装上防涡挡板如上图所示，可以阻止液体造成漩涡而将气体带出塔内。图10 液体出料管2.3封头的结构设计容器

24、的封头又被称为盖板，按它的形状可以被分为：A.凸形封头B.锥形封头C.平板封头凸形封头中包括如图11所示的几种类型。封头与圆筒之间的联接方式有多种，我们可以按情况设计。一是可直接焊接，焊接成不可拆卸的结构；与此同时也可以分别在圆筒上焊上法兰盘和封头的上法兰盘进行相互联接，构成一种可拆卸式的结构。图11 封头结构形式在本次设计的要求下，分析可知，我们优先选用椭圆形封头。椭圆形封头在受力及安装方面比其他的封头分别要小和方便。在计算封头厚度是，我们先查询它的形状系数，查询数据令K=1.则由封头厚度的计算公式可知： （4） 为了操作方便及其焊接封头圆筒的受力均匀，我们选用等厚度的封头与圆筒对焊，即 ，

25、有效厚度为 。表5 椭圆形封头的形状系数K2.61.462.11.071.60.761.10.532.51.372.01.001.50.711.00.502.41.291.90.931.40.662.31.211.80.871.30.652.21.141.70.811.20.57气体出料管一般会被设置在塔顶或是附近，而要求是在气体排出进过气体进料管前要进行除沫处理。以降低液体物料的损失，改善后续工艺操作，同样在出料口设置挡板就行。除沫器作为一种净化装置通常设置在塔顶，用来阻止液体随着气体而出塔内。它的设置提高了高效的除沫器有利于提高经济、分离效率和后续设备的操作，是非常有必要的。这里我们可选用

26、固定式中的上装式除沫器。3 材料选择及塔内零部件结构设计填料塔作为现代社会最主要的化工设备，它的安全生产是十分必要的。塔的材料选择就显得尤为重要。此次设计中，根据设计任务可知，在填料的选择方面是最主要的。填料的正确选择，对塔以及环境有这很大的影响。所以，慎重的选择一种合适的填料是非常必要的。零部件指的就是塔的内件及其附件。其结构设计我们秉承优化、环保、高能的设计原则。从而使塔设备达到经济与环境利益最大化。3.1选择塔填料材料 经过从图书馆及上网查询到以下的填料参数表格，填料作为塔设备的核心，它的选择决定了塔的性能。 表6 塔填料的尺寸塔的内径/DN填料的直径DN30020-25300DN900

27、25-38DN90050-80表7 填料的性能填料的类型填料的直径25/mm38/mm50/mm鲍尔环155160150矩鞍环205202195拉西环100100100矩鞍132120123 表8 矩鞍填料特性数据材料公称尺寸mm外径高mm厚度mm堆积个数1/m3堆积密度kg/m3比表面积m2/m3空隙率m3/m3，干填料因子1/m湿填料因子1/m陶瓷（国内）1625122.22698966863780.710105510002540203.0582305442000.7724333243860304196805021310.804252245507545587105381030.782216

28、122 此次设计的任务是二氧化硫的吸收，二氧化硫溶于水后会产生具有强酸性的溶液硫酸。酸性物质对钢材以及塑料均具有腐蚀性，故不适合选用此类填料。所以本次设计选择陶瓷材料的填料。 本次设计选择的陶瓷矩鞍填料的特性参数如下： 填料的直径为75mm，高为45mm；公寸尺寸为50mm，厚度等于5mm。其他的数据可通过表格可知，这里只给出基本的尺寸数据。3.2填料支承装置的结构设计3.2.1 基本的各方面要求 塔填料的支承接架是用来承受填料以及填料层内液体的重量。因此，其强度和刚度必须满足要求。且有良好的耐腐蚀性，有足够的自由截面（不能小于填料层的自由截面）。在支撑处不发生吸收反应，且装置的安装、拆卸方便

29、。3.2.2 确定结构尺寸填料塔的支承结构设计要依据设计条件来选择。栅板作为工业填料塔中最常见的结构，它的结构简单、制造方便。是它的优越性的一面。但是，他也有它的局限性，此类结构更加适合板式塔的应用。因为栅板的要求气体与液体必须同时逆流通过其间隙。从而导致了气液的流动阻力较大，自由截面很小。随着新型填料的研究与开发。对支承板的性能要求就越来越高，气体喷射式支承板能很好的应用到这个方面。它为塔内的气体与液体提供了不同通道，这样既避免了液体的集聚又能有利于液体的分配。这种结构设计可以保证足够的自由截面，所以被广泛的使用。 由此次设计要求以及比较多种填料支承装置的结构设计参数，梁型气体喷射式支承板承

30、载能力强、有充足的自由截面，适用塔径超过12m。如下图所示是气体喷射式支承板结构型式。以及表9的尺寸与性能数据。图12 气体喷射式支承板结构型式表9 支承板结构尺寸及性能（mm）塔径DN支承板外径支承板分块数支承圈宽度支承圈厚度自由截面%1200116045010100160015605501410418001760650141072100206075014102240023608501410928002760165014105 3.3填料压板和床层限制板结构设计3.3.1 设计要求 填料塔内在操作时会有较大的气流冲击和振动。这些正常的塔运作，有可能会破坏填料的排布，更严重有可能会使塔填料破碎

31、。此次设计选用的填料是陶瓷填料故更要注意这些问题。在气流不停的冲击下，陶瓷填料之间会有碰撞。这种情况是非常危险的，因为这直接影响到了填料的性能。破碎的填料会堵塞液体流通道路，这样就肯定会增加塔的整个流体阻力。从而使得液体不能顺畅的流过填料，造成了生产能力下降。本次设计填料压板的设计就显得尤为重要。3.3.2 确定结构尺寸填料压板的结构设计要考虑塔直径大小，塔径小于1200mm的丝网压板，当塔径大于1200mm时，可以选择将压板分成块结构，且方便安装。根据设计所给定参数要求，经过与同学们的讨论和计算决定选择丝网压板。其结构图如下图可知：图13 丝网压板 床层限制板一般用于压降较小的塔设备内，又因

32、为其质量较轻，所以就必须固定在塔的内壁。安装过程中要准确，确保其恰到好处的将填料层限制。它的尺寸一般是当塔径大于1200mm时，限制板的外径要小于塔的内径25-38mm。 3.4液体分布装置与再分布装置 填料塔塔内，在不同的水平面上，液体的分布均匀决定了气体的速度是否均匀。液体分布不均匀，就会导致吸收能力大大下降。故正确的设计及安装好液体分布装置是很必要的。液体分布装置的作用是当塔开始进行运作之前塔的顶部液体在填料层上分布均匀的前提。通过它的作用而提高塔的生产效益。在分布装置的作用是如果上一层的也分布不均匀，那么通过再分布装置再将这些液体收集起来，重新把液体均匀的分布倒下一层的填料上。这两个部

33、件的主要目的就是保证塔的每一层填料内气液都均匀的分布。3.4.1 液体分布装置的设计原则根据设计要求来选择塔顶的喷头个数。确保液体的初始分布均匀。作为容器类的设备，填料塔内的喷头喷水会引起壁流现象。这种现象会导致塔的生产效率降低，为了减少壁流现象影响到塔的分离效率。我们通常在靠近塔的内壁边缘10%塔径区域内所安装的喷头个数要少于总数的10%，从而保证液流量大部分集中在塔的中央部位。正确的液体分布装置的设计需要满足当有气体经过时阻力要小，不需要很大的压头。在结构设计方面，要简单、便于制造与安装。表10 常用填料的喷淋点数塔的直径设置一个喷淋点的塔截面积DN40030DN75060DN120024

34、03.4.2 确定结构尺寸结构尺寸设计为了满足设计要求，我们可以要在结构设计方面就要考虑多个方面：塔直径、分布程度等。液体分布装置就包括多孔型和溢流型两大类。此次设计是二氧化硫的吸收塔的设计，吸收的物质是气体中的二氧化硫物质。故对排液孔小的排管是喷淋器影响不大。而这种液体分布装置又具有很好的工业性能，容易安装与拆卸。故此次设计选用这类型的分布装置。排管式喷淋器的设计参考数据，列于表11中。表11 排管式喷淋器的设计数据塔径 mm主管直径 mm支管排数排管外缘直径 mm最大体积流量 m3/h1400757134038.51600100515405018001006174064设计给定的参数参考各

35、数据选用耐腐蚀性材料。由上表可知塔径1600mm的排管式喷淋器的主管直径100mm，其他数据可参考上表的数据。3.4.3 液体再分布装置设计原则 壁流这种现象在生产过程中非常常见，这种现象往往会导致传质效率降低。为了避免这种情况，人们往往使用把填料层分段，然后安装液体再分布装置。它的安装可以查询资料得出数据，它的设计关于了填料层的分布。填料层高度h一般是塔的直径的2到3倍。3.4.4 确定结构尺寸 液体再分布装置的结构设计可以参考液体分布装置的设计。它的结构特点也是要简单，制造及安装要方便。由设计要求确定它的性能方面自由截面要大、压降力要小，同时能够承受住塔内的气流冲击。它的类型经过各方面的研

36、究有分配锥形和斜板式形。本次设计我们采用斜板式的复合分布装置。斜板式的液体在分布装置具有分布性能好、操作弹性大、适应性强的优点。3.5 气体分布器压力降与气体分布是在考虑气体分布器的最主要因素。气体由气管通入塔内，会有突然地压力损失，为了减小这种气压降低。我们就需控制管内气体流速。气体进入塔内速度是否均匀取决于塔内分布是否均匀。分布器的选择可以参照整个设计要求来判断，正确的选择可以提高塔设备的生产效率。我们此次设计的塔塔高15000mm，在工业塔设备中属于大塔的范围，所以，我们可以查找数据来确定气体分布器的个数和其结构设计。3.6其他外附件的结构设计3.6.1 吊柱的结构设计 吊柱的作用是用来

37、给在操作台上作业的作业员可以操作手柄。并且可以将操作员送入人孔进行操作。它的结构图见下图可知，主要结构参数由下表可得知。 一般对于室外直立超过15M的高塔，我们设计的吊住载荷为需要吊装的质量的2.2倍。在选择材料方面，我们可以考虑立柱使用常用的20号无缝钢管，其他用Q235-A。 图14 吊柱结构图表12 吊柱的主要结构参数（mm）序号SLHW=2500NW=5000N19003150900108*81300450250159*1013007502502100034001000108*101500450250159*1015007502503110034001000108*1017004502

38、50159*1017007502504120034001000108*101900750250159*1019007502505130034001100108*102100750250159*1021007502506140034001100108*102300750250159*1023007502503.6.2 操作平台与梯子操作平台作为塔设备运作时检查与后期进行维修保养的重要部分，通常要设置在工作人员与维修人员经常需要去的地方。像我们经常要经过的人孔与手孔，进入塔内进行零部件的检查。还有像视镜、吊柱等外面的附属件在的位置，这是工作人员要频繁进行作业的地方，我们就要考虑到操作平台设置应该方

39、便到这些地方的操作。此次设计的塔高15m，裙座高4m，总高19m。故操作平台可以设计为5层，平均每层3-4米一层。在操作平台边缘要设置梯子，用来爬上操作平台。像单塔一般可以设置为笔直且焊接在塔壁上的一个人宽的梯子。若是，在一块有塔群的地方，则可以选择Z字形楼梯将塔设备之间连接起来。这种方式的梯子可以节省材料使得更加经济化。4 计算与校核4.1 塔体轴向稳定性验算4.1.1 圆筒轴向应力计算 由介质压力引起的轴向应力为： （5） 在操作时重力引起的轴向应力为： （6） 。 弯矩引起的轴向应力为： （7）4.1.2 圆筒轴向稳定性校核 按下式计算系数A： （8） 由图查得B=73MPa,已知 （9

40、）4.1.3 圆筒拉应力校核 对内压情况按下式校核：，而。4.1.4 塔体液压试验的应力校核 由试验压力引起的环向应力的计算： ，取液柱静压力为，则 （10） 由试验应力引起的轴向应力为： （11） 由液压试验是重力引起的轴向应力为： （12）。 由弯矩引起的轴向应力为 （13） 查表可知，20R材料的，按下式确定 取其中较小者： （14） （15） 由此知， （16） （17） （18） （19）经验算，塔体的强度及稳定性均满足要求。4.2 塔体各项载荷计算4.2.1 塔器质量计算 塔体、裙座和封头的质量，由各自高度与假定壁厚计算得： （20） 查表可知，填料塔内的支承板、压板、喷淋装置等的

41、密度均不一样，计算出所有内件的总质量为： （21） 假设保温层厚度为100mm,保温材料的密度为，则保温材料的质量为： （22） 操作平台（共5层，每层500kg）和扶梯（总高19m，采用开式扶梯，质量20kg/m）质量为： （23） 查表可知，塔内液流量为，所以操作时塔内物料质量为： 塔内充水质量为：令。偏心质量。则塔设备操作时的质量为： （24） 塔设备的最大质量为： （25） 塔设备的最小质量为： （26）4.2.2 风载荷和风弯矩计算 取，；其他值取值如下， （27） （28） 地面粗糙度类别为B类，查表得，塔设备各计算段的风振系数，当塔高H20M时，取。计算风弯矩的大小： 风弯矩计算

42、公式： 底部（0-0）截面风弯矩： （29） 裙座开孔（1-1）截面风弯矩： （30） 裙座与塔体连接（2-2）截面的风弯矩为： （31）4.2.3 地震弯矩计算 已知数据，故不考虑高振型影响。则塔底截面的地震弯矩为： （32）裙座开孔（1-1）截面的地震弯矩为： （33）裙座与塔体连接（2-2）截面的地震弯矩为： (34)4.2.4 各截面最大弯矩的计算 以上公式中取其中较大者。 偏心载荷所引起的弯矩 ，式中e 为偏心质量中心至塔设备中心线的距离，mm. 由已知条件可知，即 （35） （36） （37）4.3 裙座的各类验算4.3.1 座体向应力校核座体采用与塔体同直径的圆筒体，与塔体进行对

43、接焊。取座体名义厚度与塔体相同，壁厚附加量C=2.8mm,则座体有效厚度 。座体上人孔处截面（1-1截面）各部分尺寸如图，为：。 底部截面（0-0截面）的应力按下面两个式子校核。正常操作时： 。 ，=0，KB=87.6MPa。则：（38） （39） 裙座上人孔处截面（1-1截面）的应力按下面两式校核： 正常操作时: 取其中较小值。 水压试验时： 取其中较小值。以上两式中，近似取 则（40）（41） （42）则 （43） （44） 4.3.2 基础环厚度的计算 根据以下两式： 取基础环内、外直径分别为，混凝土 基础上的最大压应力为： 取其中较大值。式中（45）（46） 所以，（47）（48） 则

44、有：（53）基础环无筋板时的厚度（）（49） 4.3.3 地脚螺栓计算 基础中由螺栓承受的最大拉应力按下式计算： 取其中较大者。式中（50） 故取。 （51）地脚螺栓的螺纹小径按下式计算：（52）上式中=147MPa（低碳钢），取=3mm.故可选M45的地脚螺栓16个。4.3.4 裙座与塔体对接焊缝的验算 对接焊缝的拉应力按下式验算 ；令=，则。 （53） ,故经验算合格。5.填料塔的安装及运输填料塔的制造及安装必须按照设计任务进行。填料塔作为化工设备其要求精度大体上不算太高。对一些设计要求误差较大的地方选择粗加工。这样也并不影响到设备的正常运行。像塔内的一些精度较高的设备进行精加工，使其完全

45、配合塔设备的要求。因为，塔内的一些工件会影响整个塔的性能。如液体分布器安装是否水平，在整个安装过程中是非常重要的。所以，塔设备设计好后他的制造安装及运输同样显得很重要。5.1填料塔的制造 填料塔的制造交由制造商进行加工制造出符合本次设计要求的填料塔及其各零部件。制造的清单包括：圆筒、裙座、封头及各零部件。制造商根据设计说明书完成制造加工，首先，塔的加工必须符合设计要求和国家要求的工业标准。制造商完成加工后，出厂的设备具有完整的文件说明以及质量合格证书。（以证明塔设备制造是正规的、合法的。我们时刻要把安全生产记在心里！）5.2 填料塔的安装 安装过程主要有：准备工作、吊装工作、校验工作以及内部件

46、的安装工作。此次设计的塔设备安装是整体吊装。就是先将塔身各部件先安装完后再将塔身吊装完成。安装过程应该注意到很多问题，将问题解决后方可确认安装完成。5.2.1 填料塔的垂直度填料塔的安装根据设计要求塔体分别是由圆筒与封头、圆筒与裙座直接焊接起来的。故在焊接时会产生变形，所以塔在安装的时候就不可能百分之百的垂直。产生垂直误差后，我们安装的填料层就会倾斜，当液体在填料层时会因为重力作用而往低处流。这样液体就会优先流向倾斜的那一边塔壁上，而从下而上的气体会从倾斜高出的填料层流出。这样就导致气液的分布不均匀，吸收的效率变低。经过许多专家研究者发现，每倾斜一度塔的吸收效率就要下降5-10百分点。所以填料

47、塔的垂直度直接影响到了塔的性能和生产的经济效益。填料塔的液体分布装置要在现场安装，防止塔的垂直度影响到它的水平度。5.2.2 塔填料的制造与安装根据设计要求我们从市场上购买填料。厂家为我们提供填料的性能数据以及质量保证。填料的安装在现场进行，在安装工人完成工作前需要确认填料是否没有破损、质量不合格的。此次设计选用的是陶瓷矩鞍填料，供应商最先要做的是将其毛边去除。填料在安装前需进行处理（1）检查填料，（2）填料涂油，（3）塔支撑圈的拆除。待塔内需要焊接的内件安装完成后方可进行填料的安装。基本的安装步骤： （1）焊接填料支撑板；（2）安装填料；（3）安装填料紧固装置，调整水平度；（4）安装液体分布器，固定并调水平；（5）安装完毕后检查。5.2.3 封头前的检查 安装工业设备是越早发现错误就越好，因为在安装的同时进行检查最方便简单。检查的工作由现场的技术人员来完成，因为他们对塔的基本设计及原理较了解。检查可以列出正规的检查表，以防止遗漏。安装完成后，进行冷压实验确保塔的性能是否满足要求。测试合格后，方可封塔。5.3 填料塔的运输及其要求 填料塔的运输应该根据具体情况对沿途经过的道路进行详细的勘察，对路况做全面了解。距路肩的距