篩板式精餾塔機械設計說明書.doc

一、塔設備課程設計任務書設計課題篩板式精餾塔機械設計工藝條件物料名稱：甲醇-水設計壓力：0.1設計溫度：物料平均密度：產品特性：易燃、有毒設計基本風壓值：地震烈度：7度工藝尺寸塔內徑精餾段板數(shù)提留段板數(shù)板間距堰長14003317500980堰高篩孔直徑孔間距塔頂蒸汽出口管徑50624管口符號公稱尺寸用途aDg273進料管口bDg38出料管口cDg325塔頂蒸汽出口dDg38回流液口eDg20液面計接口fDg38釜液出口設計要求1、 篩板精餾塔機械設計及整體結構設計。2、 繪制篩板式精餾塔裝配圖（一張一號圖紙）二、設計方法及步驟1、材料選擇設計壓力，屬于低壓分離設備，一類容器，未提技術要求；產品特性為易燃、易揮發(fā)；設計溫度為,介質為甲醇和水，年腐蝕欲度很小，考慮到設備材料經(jīng)濟性，筒體，封頭和補強圈材料選用，裙座選用。2、塔設備主要結構尺寸的確定塔高1） 塔主體高度2） 塔的頂部空間高度3） 塔的底部空間高度4） 裙座高度5） 封頭高度6） 塔高取塔徑1） 筒體厚度計算式中：材料的許用應力。在厚度為316時，。塔體焊接接頭系數(shù)。采用雙面對接焊，局部無損探傷，名義厚度厚度附加量厚度負偏差。按中的B類要求負偏差取。腐蝕裕量。取。對于碳素鋼、低合金鋼制容器，故按剛度條件，筒體厚度僅需3，但考慮此塔較高，風載荷較大，取塔體名義厚度10。有效厚度2） 封頭厚度計算采用標準橢圓封頭，K=1。因為封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中，低壓容器中應用比較多的封頭之一。封頭曲面高350，直邊高度40。名義厚度為了便于焊接，取封頭和筒體等厚，故封頭名義厚度10，有效厚度7.7。3）筒體外徑3、塔的載荷分析質量載荷1） 塔體和裙座質量查石油化工設備設計便查手冊表2-1-1以內經(jīng)為公稱直徑的封頭尺寸可得封頭質量為177.92，密度。2） 塔內件質量塔內篩板塔盤數(shù)50，篩板塔盤質量3） 保溫材料質量選擇超細玻璃棉氈未保溫材料，密度，厚度取100，封頭內表面積S=2.30054） 操作平臺及扶梯質量環(huán)形平臺，每7安裝一層，共4層，寬度1.2，單位質量，包角；籠式扶梯，單位質量。5） 操作時物料質量堰高50，物料平均重度。6） 塔附件質量7） 水壓試驗時充水質量8） 塔設備在正常操作時的質量9） 他設備在水壓試驗時的最大質量10） 塔設備在停工檢修時的最小質量風載荷安裝在室外的塔設備將受到風力的作，使塔產生應力、變形和振動。1） 風力計算塔設備中第計算段所受的水平風力可由下式計算式中塔設備中第段的水平風力，；塔設備中第段迎風面的有效直徑，；風壓高度變化系數(shù)，查過程設備設計P304表7-5；各地區(qū)的基本風壓，；塔設備各計算段的計算高度（見圖），；體型系數(shù)，；塔設備中第計算段的風振系數(shù)。 風壓風壓計算時，對于高度在10以下的塔設備，按一段計算，以設備頂端的風壓作為整個塔設備的均布風壓；對于高度超過10的塔設備，可分段進行計算，每10分為一個計算段，余下的最后一段高度取其實際高度，如圖所示，將塔高分成三段，其中任意計算段的風壓為式中第段的風壓，。 風振系數(shù)對塔高的塔設備，取。而對于塔高時，則按下式計算式中脈動增大系數(shù)，其值按過程設備設計P305表7-6確定；第段的脈動影響系數(shù)，其值按過程設備設計P305表7-7確定；第段的振型系數(shù)，其值按過程設備設計P305表7-8確定. 塔設備迎風面的有效直徑塔設備迎風面的有效直徑是該段所有受風構件迎風面的寬度總和。當籠式扶梯與塔頂管線布置成時式中塔設備各計算段的外徑，；塔設備各計算段保溫層的厚度，；塔頂管線外徑，；管線保溫層厚度，；籠式扶梯當量寬度，當無確定數(shù)據(jù)時，可取；操作平臺的當量寬度，；第段內操作平臺構件的投影面積（不計空擋的投影面積），；操作平臺所在計算段塔的高度，。各段風力計算結果如下表示：各段風力計算結果塔段號123塔段長度，110112021320.72.550.640.730.780.1590.5161.00.740.841.031.3512.1432.969，300，101012，1.42，0.1，0.25，0.1，0.4，0.090.040.03，2.562.512.41，53759488168312） 風彎矩計算裙座底部0-0截面的風彎矩筒體底部-截面的風彎矩筒體的強度及穩(wěn)定性校核1） 筒體底部-截面軸向應力計算2） 筒體底部-截面穩(wěn)定性校核該截面最大軸向壓縮應力發(fā)生于空塔時：其中組合系數(shù)，由于因此筒體底部-截面滿足抗壓強度及軸向穩(wěn)定性要求。筒體底部-截面抗拉強度校核筒體底部-截面上的最大拉應力為故該截面滿足抗拉強度要求。綜合以上以上各項計算，在各種不同危險工況下，塔體壁厚取10可以滿足塔體的強度、剛度和穩(wěn)定性要求。4、水壓試驗時塔體的強度要求水壓試驗時塔體-截面的強度校核（周向應力）1）水壓試驗壓力式中耐壓試驗壓力系數(shù)：對于鋼和有色金屬，液壓試驗時。2）水壓試驗時塔體強度校核式中由于滿足水壓試驗要求。2 水壓試驗時裙座底部0-0截面的軸向強度和穩(wěn)定性驗算.故裙座底部0-0截面滿足軸向強度和穩(wěn)定性要求。5、裙座的強度及穩(wěn)定性校核裙座材料，取厚度與筒體、封頭相等，1 裙座底部0-0截面強度校核裙座底部0-0截面軸向應力計算抗壓強度及軸向穩(wěn)定性校核式中，由于因此筒體底部0-0截面滿足抗壓強度及軸向穩(wěn)定性要求。筒體底部0-0截面抗拉強度校核筒體底部0-0截面上的最大拉應力為故該截面滿足抗拉強度要求。綜上筒體底部0-0截面滿足強度及軸向穩(wěn)定性要求。2 裙座焊縫強度校核此塔裙座與塔體采用對接焊縫，焊縫承受的組合拉應力為：裙座基礎環(huán)設計1） 基礎環(huán)的內、外直徑確定外徑內徑2） 混凝土強度校核正常操作時：水壓試驗時：以上應力均小于各種標號混凝土的壓應力許用值，因此滿足強度要求。3） 基礎環(huán)板厚度計算由于該塔較高，塔底裙座采用加筋板結構，基礎環(huán)板采用28個均布地角螺栓固定，取筋板的厚度為，則基礎環(huán)上筋板間的距離為：基礎環(huán)的外伸寬度兩筋板間基礎環(huán)部分的長寬比查塔設備表7-15得基礎環(huán)板厚度為考慮腐蝕裕量，取。4） 地腳螺栓設計塔設備作用在迎風面?zhèn)然A上的最小應力：由于，設備有可能傾倒，必須采用地腳螺栓予以固定。選用地腳螺栓材料為，該材料的許用應力為。取腐蝕裕量，則地腳螺栓的根徑根據(jù)標準地腳螺栓的尺寸選用27的地腳螺栓28個。5、開孔和開孔補強設計由于各種工藝和結構上的要求，不可避免地在容器上開孔并安裝接管。開孔以后，除削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結構的連續(xù)性被破壞，會產生很高的局部應力，給容器的安全的操作帶來隱患，因此壓力容器設計必須充分考慮開孔不強的問題。補強結構壓力容器接管補強結構通常采用局部補強結構，主要有補強圈補強、厚壁接管補強和整鍛件補強三種形式。此塔工作溫度不高，并且在靜載、低壓環(huán)境下工作，另外材料的標準抗拉強度低于540，殼體名義厚度不大于38，因此選用補強圈補強。開孔補強設計準則開孔補強設計就是指采取適當增加殼體或接管厚度的方法將應力集中系數(shù)減小到某一允許數(shù)值。目前通用的、也是最早的開孔補強設計準則是基于彈性失效設計準則的等面積補強法。此方法的優(yōu)點是有長期的實踐經(jīng)驗，簡單易行，當開孔較大時，只要對其開孔尺寸和形狀等予以一定的配套限制，在一般壓力容器使用條件下能夠保證安全。允許不另行補強的最大開孔直徑根據(jù)過程設備設計P161表4-15 不行補強的接管最小厚度 ，允許不另行補強的最大接管外徑為89。塔進氣管口為3258和蒸汽出口2456需另行補強。等面積補強計算塔進氣管口為3258補強計算1)補強判別開孔直徑 309+22.7=314.4=700，滿足等面積法開孔補強計算的使用條件，故可使用等面積法進行開孔補強計算。2)開孔補強所需面積強度削弱系數(shù)，接管有效厚度為8-2.7=5.3開孔所需補強面積按課本P175式（4-91）計算3)有效補強范圍有效寬度B 按課本式（4-91）確定取較大值，故有效高度 外側有效高度按課本式（4-95）確定故內側有效高度按課本式（4-96）確定故4)有效補強面積筒體多余金屬面積按課本式（4-97）計算 接管多于金屬面積接管計算厚度接管多于金屬面積按課本式（4-98）計算5)接管區(qū)焊縫面積（腳焊取6.0）6)有效補強面積故開孔后不需要另行補強。塔進氣管口為2456補強計算1)補強判別開孔直徑 233+22.7=238.4=700，滿足等面積法開孔補強計算的使用條件，故可使用等面積法進行開孔補強計算。2)開孔補強所需面積強度削弱系數(shù)，接管有效厚度為6-2.7=3.3開孔所需補強面積按課本P175式（4-91）計算3)有效補強范圍有效寬度B 按課本式（4-91）確定取較大值，故 有效高度 外側有效高度按課本式（4-95）確定取較小值，故內側有效高度按課本式（4-96）確定取較小值，故04)有效補強面積封頭多余金屬面積按課本式（4-97）計算 接管多于金屬面積接管計算厚度接管多于金屬面積按課本式（4-98）計算5)接管區(qū)焊縫面積（腳焊取6.0）6)有效補強面積故開孔后不需要另行補強。三、塔附屬結構設計1、塔盤結構塔盤通常由氣液接觸元件、塔板、降液管、受液盤，溢流堰等組成。當塔徑大于或等于800時，采用分塊式塔盤，便于制造、安裝和檢修。2、裙座塔體常用群座支撐。圓筒形裙座制造方便，經(jīng)濟上合理，故選用圓筒形裙座，與塔體采用對接的焊接方式。采用對接接頭時，裙座筒體外與塔體下封頭外徑相等，焊縫必須采用全熔透的連續(xù)焊，且與封頭外壁圓滑過渡。裙座材料為，內徑為，壁厚，高3。3、吊柱安裝在室外，無框架的整體塔設備，為了安裝及拆卸內件，更換或補充填料，往往在塔頂設置吊柱。吊柱的方位應使吊柱中心線與人孔中心線有合適的夾角，是人能站在平臺上操作手柄，使吊柱的垂直線可以轉到人孔附近，以便從人孔裝入或取出塔內件。吊柱的結構及在塔上的安裝如下圖示。其中吊柱管采用20無縫鋼管，其它部件采用。4、人孔開孔孔徑為500，3個，加補強圈，人孔處塔板間距800。5、除沫器在塔內操作氣速較大時，會出現(xiàn)塔頂霧沫夾帶，這不但造成物料的流失，也使塔的效率降低，同時還可能造成環(huán)境的污染。為了避免這種情況，需要在塔頂設置除沫裝置，從而減少液體的夾帶損失，確保氣體的純度，保證后續(xù)設備的正常操作。選用絲網(wǎng)除沫器，因為它具有比表面積大，重量輕、空隙率大、除沫